基于广域测量系统的交直流系统Markov切换控制器设计

高压直流输电的附加调制功能可以明显改善交直流混联系统的稳定性。远方反馈信息的不健全和时滞的影响,严重降低了控制器的控制性能和系统的安全稳定性。而电力系统运行状态发生随机跳变时,系统的精确模型更加难以得到,系统可能由于仍采用跳变前的控制策略而失稳。通过考虑交直流混联系统的复杂动态交互行为与广域测量系统的时变时滞特性,利用全状态反馈线性化理论,建立能反映交直流混联系统实时运行状态的Markov切换模型与时滞控制模型,并提出状态转移矩阵未知条件下非线性Markov切换控制策略,设计其稳定控制器。研究结果表明,所提出的基于Markov切换模型的交直流混联系统非线性控制方法可显著提高系统的控制性能,又具有一定的时滞鲁棒性。     

交直流混联系统非线性自适应广域附加控制器的设计

为了提高交直流混联系统的暂态稳定性,设计了基于高压直流输电(High Voltage Direct Current, HVDC)大信号调制方式的非线性自适应广域附加控制器(Nonlinear Adaptive Wide-area Supplementary Controller, NAWSC)。该控制器利用扰动观测器估计和补偿实际系统中的非线性动态,无需精确模型,解决了模型不确定时稳定控制措施不易设计的难题。同时,该控制器通过整合广域功角信息得到的系统等值功角进行输出反馈,直接实现暂态稳定控制。在四机两区域交直流混联系统和10机39节点交直流混联系统中进行仿真。结果表明：在不同运行工况下,NAWSC相对于比例积分型广域附加控制器具有更好适应性;在参数不确定下,NAWSC相对于基于精确模型的反馈线性化广域附加控制器具有更好的控制鲁棒性。所设计NAWSC可以提高HVDC暂态调节能力。     

HVDC与发电机励磁的非线性综合控制策略

提出了一种用于改善交直流混联系统暂态稳定性的非线性控制策略,具体做法是通过建立高压直流输电(HVDC)与发电机组成的综合系统模型,应用最优变目标控制(OVAC)理论推导出了HVDC与发电机励磁的非线性综合控制策略.该控制策略首先驱动系统到达按最大稳定域选择的人工中间稳定平衡点,然后才驱动系统到达期望的稳定平衡点.仿真实验结果表明,该控制策略能够较好地提高交直流互联系统的暂态稳定性.     

交直流电力系统鲁棒H∞控制器设计

随着西电东送战略的实施,我国南方电网已成为较大规模交直流互联电力系统,其控制系统多采用PI控制策略。由于交直流电力系统是一个具有模型不确定性的复杂动态系统,基于精确数学模型的传统的PI控制器常难以达到预期的性能指标。为此,提出了一种可以在不同运行条件下增加系统阻尼的HVDC联络线H∞阻尼控制器设计方案。针对系统模型的不确定性和运行状态的变化,采用分子分母双扰动表达式和部分极点配置技术相结合的方法,通过选择合适的权函数对系统的某些特定不确定性进行处理,以克服传统HVDC控制策略的局限性。仿真实验结果表明:在将交直流系统的高度非线性特性作为模型的不确定性处理后,设计出的控制器有效提高了区域间模式的阻尼比,确保了闭环系统的稳定性,具有很好的鲁棒性。     

交直流电力系统鲁棒H∞控制器设计

本文提出了一种可以在不同运行条件下增加系统阻尼的HVDC联络线H∞阻尼控制器设计方案。针对系统模型的不确定性和运行状态的变化,采用分子分母双扰动表达式和部分极点配置技术相结合的方法,以克服传统HVDC控制策略的局限性。在将交直流系统的高度非线性特性作为模型的“不确定性”处理后,设计出的控制器具有很好的鲁棒性。     

改善系统动态特性的HVDC与SVC多目标非线性协调控制

提出了一种用于改善系统暂态稳定性的多目标非线性控制策略,通过建立高压直流输电(HVDC)与静止无功补偿器(SVC)的综合系统模型,应用状态反馈精确线性化理论推导出了HVDC与SVC的非线性综合控制规律。仿真结果表明,该控制器能够有效地改善交直流系统的动态特性。     

基于最优变目标的HVDC与SVC非线性综合协调控制

直流功率调制能有效地提高交直流系统的稳定性,但同时直流换流站也要消耗大量的无功,影响交流系统的电压稳定.为此,提出了基于最优变目标的HVDC与SVC综合控制策略,通过直流功率调制改善系统稳定性的同时,利用SVC来对直流逆变侧进行无功补偿, 使逆变侧电压更具稳定性.首先建立了交直流混合系统中HVDC与SVC的综合控制模型,在此基础上,推导出基于最优变目标的控制理论的HVDC与SVC非线性综合控制策略.仿真结果表明,以该控制策略设计的控制器能有效地提高系统阻尼,改善逆变侧交流母线电压特性.     

基于最优变目标的HVDC与SVC非线性综合协调控制

直流功率调制能有效地提高交直流系统的稳定性,但同时直流换流站也要消耗大量的无功,影响交流系统的电压稳定。为此,提出了基于最优变目标的HVDC与SVC综合控制策略,通过直流功率调制改善系统稳定性的同时,利用SVC来对直流逆变侧进行无功补偿,使逆变侧电压更具稳定性。首先建立了交直流混合系统中HVDC与SVC的综合控制模型,在此基础上,推导出基于最优变目标的控制理论的HVDC与SVC非线性综合控制策略。仿真结果表明,以该控制策略设计的控制器能有效地提高系统阻尼,改善逆变侧交流母线电压特性。     

交直流混联系统稳定性分析研究综述

交直流混联系统的发展使其稳定性问题日益重要。文章首先阐述了交直流混联系统的常见结构和特点,然后归纳了交直流混联系统的典型运行特征和稳定性问题。分别总结了交直流混联系统小扰动稳定性问题和大扰动稳定性问题的主要研究内容和分析方法,讨论了国内外研究现状、目前研究存在的问题以及发展趋势。最后指出了当前稳定性分析研究的主要挑战。     

双馈入直流输电系统中VSC-HVDC的控制策略

针对多馈入直流输电(multi-infeed direct current,MIDC)系统的稳定性问题,提出将基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)引入到MIDC系统中,用以改善MIDC系统公共连接母线的电压特性。建立HVDC和VSC-HVDC双馈入系统的物理模型,导出相应的数学模型。并通过坐标变换得出VSC功率传输方程的直角坐标形式。采用多变量非线性控制的逆系统方法,设计VSC-HVDC系统的非线性控制器。PSCAD/EMTDC 环境下的仿真实验表明,所设计的VSC-HVDC非线性控制器不仅能有效改善VSC-HVDC的动态特性,而且在交流系统发生扰动时能有效稳定系统电压,减少HVDC逆变站发生换相失败的几率,提高HVDC系统的运行可靠性。     

混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制

随着高压直流输电的发展,柔性直流与常规直流接入同一或电气距离较近交流母线,形成混合多馈入交直流混联系统。为充分发挥柔性直流功率解耦及快速调节特性,减小常规直流换相失败概率,并保持交直流混联系统电压安全稳定,文中提出了一种混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制方法。首先,对混合多馈入交直流系统进行建模,并分析柔性直流不同控制方式下控制量对交流母线电压灵敏度的求解方法。其次,构建两级协调电压控制,系统级控制以交流系统最低节点电压轨迹偏差和控制成本最小为目标;换流站级控制以保证常规直流馈入母线电压和换相裕度为目标。根据发电机无功裕度设计不同的控制方案,针对常规高压直流输电熄弧角和有功功率,避免其发生控制冲突,设计两级协调策略。最后,仿真结果表明所提控制方法能够明显提高交直流混联系统的中长期电压稳定性。     

基于广域量测的交直流混联系统发生扰动后稳态频率预测算法

随着直流输电工程的广泛应用,交直流混联系统已经成为电网的发展趋势。针对含不同类型高压直流的交直流混联系统提出了其发生扰动后的稳态频率快速预测算法。该算法以广域量测系统得到的扰动后瞬间数据为基础,通过联立交流系统的发电机调速器方程、负荷静态模型方程、系统网络方程与不同类型高压直流系统的换流器稳态模型方程、直流网络方程、控制方程,得到了交直流混联系统的稳态频率预测方程。利用牛顿-拉夫逊法对该方程进行求解,可以快速、精确地计算得到电网发生扰动后的稳态频率。对一个典型的22节点交直流混联系统进行仿真分析,结果验证了所提算法的准确性和适用性。     

交直流混合配电网分布式无功电压互动控制策略

交直流混合配电网的无功电压控制是保证其高效可靠运行的关键。为此,提出一种基于有限时间控制的分布式无功电压互动控制策略,在无集中控制器的架构下实现交流子网与直流子网间的无功电压互动支撑。该方法构建了分布式去中心化协同控制架构,利用有限时间控制实现多逆变器间的分布式一致性协同,同时保障无功功率增量的精确均分,避免多个下垂控制逆变器间的无功环流问题,进一步提高电压质量。相对于传统的一致性策略,所提出的策略收敛速度更快,且可适应系统各种扰动。为了验证该控制策略的控制效果,在PSCAD/EMTDC中建立了交直流混合配电网仿真模型,在多种工况下验证了系统分布式互动支撑及无功均分策略的有效性和适应性。     

交直流混合系统低频振荡的概率特征根分析

研究低频振荡的传统特征根方法是基于单一的系统运行方式,而概率特征根分析则计及了较宽的系统运行方式变化。高压直流输电HVDC是一种典型的柔性交流输电FACTS装置,它可以改善系统的动态特性。将现有的概率特征根分析扩展到包含HVDC功能模块,能完成交直流混合系统的概率特征根分析。对四机两区域的交直流并联系统在选定的控制器参数下进行试算,结果表明,系统在多运行方式下研究交直流混合系统的低频振荡是可行的。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统的阻尼特性与阻尼控制

利用复数力矩分析方法近似推导了基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)系统的电磁力矩,定性分析了VSC-HVDC的快速功率控制可能会导致系统出现电气阻尼变弱或负阻尼现象。在建立包括VSC-HVDC及控制器在内的AC/DC混合系统的动态数学模型的基础上,应用最优控制理论设计了最优阻尼控制器,交直流并联系统数值仿真结果表明该附加阻尼控制方法的有效性。     

直流调制改善交直流混联系统暂态稳定性的研究

文章研究了天广交直流混联系统中天广直流双侧频率功率调制对改善该混联系统暂态稳定性的作用,并做了基于实际系统运行方式的仿真实验,仿真结果表明,直流功率调制对减小系统第1个摇摆稳定峰值的效果比较明显;还基于典型两机系统的非线性直流调制控制器,构建了天广交直流混联系统的非线性直流调制控制器,并做了将其应用于实际系统的仿真实验.经综合比较得知,两种调制方式在改善系统的暂态稳定性方面的效果是相近的,且常规的双侧频率功率调制对电网运行的适应性更好.     

适用于交直流混联受端电网的机组组合模型及算法

特高压直流双极闭锁后,受端电网可能出现频率降低、功率大范围转移等运行情况,甚至引起低频减载、线路越限等电网事故。针对上述问题,提出一种用于交直流混联受端电网的机组组合模型,考虑了直流闭锁后的一次调频容量约束和二次调频后节点电压、线路功率等电网运行约束条件,保证直流闭锁后电网频率和潮流仍可运行在合理范围内。根据模型特点,采用基于Benders分解的混合整数规划算法进行求解,得到直流最优输送容量、最优机组启停和出力计划,在充分消纳直流输送功率的同时提高了交直流受端电网运行的安全性。最后,通过改进后的10机39节点和江苏电网两个典型的交直流混联电网算例进行仿真计算,结果验证了所述模型和算法的正确性和有效性。     

交直流混联输电系统充裕度评估的最优负荷削减模型

最优负待削减模型是交直流混联输电系统充裕度评估的重要组成部分.文中针对交直流混联系统运行条件复杂、运行约束多的特点和直流系统的运行特性,建立了以直流极功率方向系数为控制变量的最优负荷削减模型.该模型能有效计及互联电网间直流系统功率支援与功率调制功能,以及由运行条件约束导致的直流极投退等工程实际问题.同时,为克服平启动时...     

交直流系统可靠性评估

直流系统传输容量大、元件多、故障率高,对电力系统的可靠性影响较大.随着实际系统中直流输电工程的陆续投运,迫切需要研究如何定量考虑直流系统对系统可靠性的影响.文章根据双极直流系统的结构和特点,采用故障树分析法,将直流故障结果分为单极停运、双极停运和容量降低;然后应用频率和持续时间法计算得出直流系统的多状态模型嵌入发输电系统可靠性评估软件中;并在系统状态分析中考虑了直流控制措施的影响.建立了交直流混合系统可靠性评估的模型、算法及指标体系,并开发了相应软件.对南方电网2005年规划方案的500kV交直流系统的评估结果验证了所提出的算法和软件的可行性和有效性.     

含有多馈入直流的交直流混合电网高压直流建模研究

讨论了目前研究交、直流混合电网时在直流建模方面存在的模型过度简化及模型选用不恰当问题；分析了稳定性研究中直流建模的一般方法，指出了简单模型、响应模型和详细模型的基本特征；基于NETOMAC环境，以中国南方电网为原型对改进的直流响应模型和直流详细模型进行了建模和仿真对比研究，分析了两种模型的优、缺点和适应性；对含有多馈入直流且直流落点邻近的南方电网，探讨了现有HVDC建模方法在研究大扰动下交直流相互影响及直流换相失败对邻近交直流系统的影响方面存在的明显不足。从基于动态相量法计及电压畸变的新直流相量模型研究和基于机电／电磁暂态模型的交直流混合仿真算法研究两个截然不同的角度提出了可行的直流建模研究思路。研究成果为含有多馈入直流的交直流混合电网的安全稳定分析提供了建模依据和参考，也为仿真分析多直流逆变站的连锁换相失败问题提供了新的解决思路。