基于微分博弈理论的多端直流输电协调控制研究

发布时间：2020-06-21 18:59

【摘要】：随着大量可再生能源以电能的形式被利用起来,电网对这些分散的电力进行输送,这就要求电网具备很强的可靠性和灵活性,因此,多端直流输电技术(VSC-MTDC)越来越受到关注。这项技术不仅有传统两端直流输电技术传送大容量电能、控制性能好的优点,更具备了提高电能质量的能力,很好地迎合了环境友好型经济社会的发展需求。VSC-MTDC是构成现代电网的重要组成部分,解决了如风电等新能源发电并网给电网正常运行和电能质量带来的不良影响,同时,VSC-MTDC可以满足多电源供电和多落点受电的需求,所以多端直流输电的前景很广阔。但是,VSC-MTDC输电技术有待处理的难题还有很多,例如,VSC-MTDC的协调控制策略的确定和优化。首先,需要保证多端直流输电系统在不同工作状态下的直流电压可以保持稳定且有功功率平衡,VSC的控制环节要设计的很好,必须要掌握它的控制原理及策略的选择方法;其次,要进行基于上层控制器的优化研究,这样才能使电网运行的稳定性得到提高。本文在详细调研了传统两端直流输电、多端直流输电技术发展现状与趋势的基础上,分析了电压源换流器和电流源换流器的现有拓扑结构,并比较了两者的优缺点,进而选取可靠性更高的电压源换流器作为研究的重点。然后建立了电压源换流器在三相静止坐标系下的数学模型,并将其进行PARK变换,得到dq同步旋转坐标系下的数学模型。基于VSC的数学模型,解耦有功功率和无功功率控制,从而可以单独调节有功、无功,并设计了VSC的外环和内环控制器。微分博弈理论诞生于上世纪中期,是在最优控制理论和博弈论的基础上发展而来的,如今俨然变成了内容极其丰富的学科,成为探讨个体参与者间利益的动态冲突的有效方法,自然地,微分博弈对于研究解决多主体动态协调决策问题有很大的优势。每个换流器的控制策略对其它换流站的控制策略都有影响,博弈的关系就由此产生。基于微分博弈理论的特点和应用范围,确定其可以用于多端直流系统协调控制领域。并从微分博弈理论的两个方面:合作微分博弈和非合作微分博弈,分别建立了多端直流输电系统的博弈模型,然后通过使用遗传算法,分别求解其均衡策略,得到了优化后的PI控制器参数。最后,通过在Matlab/simulink平台上搭建多端直流输电系统模型,验证微分博弈状态下各换流器的控制参数对于协调控制直流系统的可行性,并比较了合作博弈与非合作博弈在多端直流输电系统在负荷扰动或三相短路的暂态情况下的控制效果均比未优化参数的控制效果要好,但从实际发展的趋势考虑,分属于不同主体的各换流器的利益有一定差异。故基于非合作微分博弈理论的多端直流输电协调控制策略更适用于客观实际的电力运行与控制。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM721.1
【图文】：

多端直流,并联接法,输电系统

(b)环网式图 2-1 并联接法的多端直流输电系统联接线 2-2 所示 VSC-MTDC 的串联接法。选择串联接线的多端直流系间的直流线路不再像传统的串联形式，而是将两个直流端口先三端与直流线路并联接入。为了保持多端直流系统稳定运行，通流器都设置为定直流电压，另一个设置为定有功功率，可以保证的直流电压恒定，并保持其功率平衡。AC1VSC1VSC3AC2AC3

换流器,三相短路,有功功率,轴电压

(e) 负荷扰动时 2 端无功功率图 2-17 负荷扰动时的响应在 t=0.25s 时，3 端交流侧设置三相短路，在 t=0.35s 时切除三相短路故障。如图 2-18（a）所示，三相短路故障发生前，换流器１的直流电压保持在参考值 20kV，系统保持了有功功率平衡状态。故障发生时，1、2、3 端直流侧电压均出现不同程度的剧烈波动，采用定直流电压控制的换流器 1 电压波动虽然小于另外两端，但是 1 端直流电压最大值为 21750V,已经超过额定电压 10%的上限,整个直流系统的稳定性受到了严重影响，无法保证安全稳定运行。从图 2-18(b)可见，在 0.25s 短路故障出现时，1 端换流器的有功出力变化剧烈，且导致换流器有功功率在传输方向变化，波动范围为-30MW—10MW,采用定有功控制的 2 端换流器也无法稳定在有功功率参考值，变化范围在12.45MW—23MW。图 2-18(c)所示，3 端换流器 d 轴、q 轴电压分量波动明显，d 轴电压分量最高为 8711V，q 轴分量范围是-710V—410V。采用定无功

【参考文献】