發(fā)布時(shí)間：2021-03-25 16:38

　　隨著新能源在電力系統(tǒng)中的占比日益增大、系統(tǒng)有效慣量不斷降低,交直流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問題變得尤為突出。為解決交直流混聯(lián)系統(tǒng)有效慣量降低、有效阻尼下降導(dǎo)致的功角穩(wěn)定性問題,提出一種基于最優(yōu)控制的多端直流（MTDC）系統(tǒng)的緊急功率調(diào)制方案。通過對(duì)直流潮流方程在電壓平衡點(diǎn)處線性化,建立了含有直流網(wǎng)絡(luò)功率調(diào)制控制的交直流混聯(lián)系統(tǒng)模型。以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差和控制能耗最小為目標(biāo),考慮直流母線電壓、直流電流、換流器功率等運(yùn)行約束,得出最優(yōu)控制律�；谌龣C(jī)九節(jié)點(diǎn)的交直流混聯(lián)系統(tǒng)非線性數(shù)值仿真,表明所提控制方案在系統(tǒng)故障和負(fù)荷突變情況下均可有效抑制多機(jī)系統(tǒng)的第一搖擺,提高交直流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。 

【文章來源】：電力系統(tǒng)保護(hù)與控制. 2020,48(17)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

單VSC的功率-電壓下垂控制

為驗(yàn)證所提最優(yōu)控制的有效性，如圖3所示，在經(jīng)典三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)[31]中嵌入三端MTDC網(wǎng)絡(luò)。交流系統(tǒng)的額定電壓為220 kV，直流系統(tǒng)的額定電壓為±200 kV，系統(tǒng)的額定容量為100 MVA。三臺(tái)發(fā)電機(jī)(記為G1、G2和G3)采用經(jīng)典模型。如圖3所示，三個(gè)本地負(fù)荷(記為L(zhǎng)1、L2和L3)采用恒阻抗模型，其中L1為0.9+j1.63 p.u.,L2為1+j0.35 p.u.,L3為1.25+j0.5 p.u.。MTDC電網(wǎng)中的三個(gè)VSC通過母線5,7和9連接到交流系統(tǒng)。在正常模式運(yùn)行下，換流器1和2(記為C1和C2)作為整流器運(yùn)行，換流器3(記為C3)作為逆變器運(yùn)行。所有換流站均以電壓下垂控制模式運(yùn)行，與交流側(cè)交換的無功功率保持為零，確保單位功率因數(shù)。其他有關(guān)參數(shù)見表1。圖3 所研究的交直流混聯(lián)系統(tǒng)圖

圖4表明了交直流混聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生金屬故障時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。在t=0.4 s，交流母線4上發(fā)生三相金屬性接地，在t=0.516 s時(shí)清除。圖4比較了兩種不同的控制方案，即基于傳統(tǒng)線性反饋控制和所提的最優(yōu)控制。最優(yōu)控制的實(shí)施原理可參見圖2。通過采集系統(tǒng)當(dāng)前的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信息，依據(jù)所構(gòu)建的系統(tǒng)模型，以下一個(gè)時(shí)刻發(fā)電機(jī)G1和G2的轉(zhuǎn)速偏差最小和當(dāng)前時(shí)刻控制能耗最小為目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的最優(yōu)控制指令，在本文中最優(yōu)控制指令每隔20 ms更新一次。為方便起見，優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)中的兩個(gè)自定義的矩陣均選為單位陣。圖4表明，交流故障期間的不平衡功率導(dǎo)致了同步發(fā)電機(jī)G1和G2間轉(zhuǎn)子角度偏差發(fā)生振蕩。傳統(tǒng)基于線性反饋的控制和所提出的最優(yōu)控制都可以在系統(tǒng)受擾后提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。如圖4(a)和圖4(b)所示，在不加任何輔助控制下，G1和G2之間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差和轉(zhuǎn)子功角偏差的振蕩幅度明顯，并且系統(tǒng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的暫態(tài)過程。如圖4(a)所示，在不加任何輔助控制下，G1和G2之間轉(zhuǎn)子功角偏差的第一次搖擺達(dá)到了-0.567 5。然而，基于傳統(tǒng)線性反饋控制只將該值略微改善至-0.567 4，但所提最優(yōu)控制將該值大大提高至-0.533 5。因此，所提最優(yōu)控制可在很大程度上改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定，并且有助于系統(tǒng)在交流故障后快速恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)。從圖4(c)和圖4(d)可以清楚地看出，在系統(tǒng)的受擾后，利用所提的最優(yōu)控制，通過改變MTDC各直流端口的有功出力來有效地抑制同步發(fā)電機(jī)間功角振蕩，這在很大程度上改善了整個(gè)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。4.2 負(fù)荷的突然擾動(dòng)

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