提升交流系统暂态稳定性的多端直流最优紧急功率控制
发布时间：2021-03-25 16:38
随着新能源在电力系统中的占比日益增大、系统有效惯量不断降低,交直流系统的暂态稳定性问题变得尤为突出。为解决交直流混联系统有效惯量降低、有效阻尼下降导致的功角稳定性问题,提出一种基于最优控制的多端直流（MTDC）系统的紧急功率调制方案。通过对直流潮流方程在电压平衡点处线性化,建立了含有直流网络功率调制控制的交直流混联系统模型。以发电机转子转速偏差和控制能耗最小为目标,考虑直流母线电压、直流电流、换流器功率等运行约束,得出最优控制律。基于三机九节点的交直流混联系统非线性数值仿真,表明所提控制方案在系统故障和负荷突变情况下均可有效抑制多机系统的第一摇摆,提高交直流系统的暂态稳定性。
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(17)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
单VSC的功率-电压下垂控制
为验证所提最优控制的有效性，如图3所示，在经典三机九节点系统[31]中嵌入三端MTDC网络。交流系统的额定电压为220 kV，直流系统的额定电压为±200 kV，系统的额定容量为100 MVA。三台发电机(记为G1、G2和G3)采用经典模型。如图3所示，三个本地负荷(记为L1、L2和L3)采用恒阻抗模型，其中L1为0.9+j1.63 p.u.,L2为1+j0.35 p.u.,L3为1.25+j0.5 p.u.。MTDC电网中的三个VSC通过母线5,7和9连接到交流系统。在正常模式运行下，换流器1和2(记为C1和C2)作为整流器运行，换流器3(记为C3)作为逆变器运行。所有换流站均以电压下垂控制模式运行，与交流侧交换的无功功率保持为零，确保单位功率因数。其他有关参数见表1。图3 所研究的交直流混联系统图
图4表明了交直流混联系统发生金属故障时的动态响应过程。在t=0.4 s，交流母线4上发生三相金属性接地，在t=0.516 s时清除。图4比较了两种不同的控制方案，即基于传统线性反馈控制和所提的最优控制。最优控制的实施原理可参见图2。通过采集系统当前的实时转速信息，依据所构建的系统模型，以下一个时刻发电机G1和G2的转速偏差最小和当前时刻控制能耗最小为目标函数，计算出当前时刻的最优控制指令，在本文中最优控制指令每隔20 ms更新一次。为方便起见，优化模型目标函数中的两个自定义的矩阵均选为单位阵。图4表明，交流故障期间的不平衡功率导致了同步发电机G1和G2间转子角度偏差发生振荡。传统基于线性反馈的控制和所提出的最优控制都可以在系统受扰后提升系统暂态稳定性。如图4(a)和图4(b)所示，在不加任何辅助控制下，G1和G2之间转子转速偏差和转子功角偏差的振荡幅度明显，并且系统返回到稳定状态需要经历较长的暂态过程。如图4(a)所示，在不加任何辅助控制下，G1和G2之间转子功角偏差的第一次摇摆达到了-0.567 5。然而，基于传统线性反馈控制只将该值略微改善至-0.567 4，但所提最优控制将该值大大提高至-0.533 5。因此，所提最优控制可在很大程度上改善系统的暂态稳定，并且有助于系统在交流故障后快速恢复至稳定状态。从图4(c)和图4(d)可以清楚地看出，在系统的受扰后，利用所提的最优控制，通过改变MTDC各直流端口的有功出力来有效地抑制同步发电机间功角振荡，这在很大程度上改善了整个系统的暂态稳定性。4.2 负荷的突然扰动
【参考文献】：
期刊论文
[1]离心风机变频调速运行中存在问题及解决方法[J]. 马翔,董康田,郑金,李昊燃. 热力发电. 2019(11)
[2]基于自适应暂态下垂控制的光伏频率快速响应方案[J]. 孙钢虎,王恩南,贺婷,杨沛豪,陈济颖,寇水潮,王小辉,李军庆,郭霞,高峰,薛磊. 热力发电. 2019(08)
[3]计及VSC的交直流混联电网扩展规划研究[J]. 胥威汀,欧阳雪彤,苏运掣,陶宇轩. 电力系统保护与控制. 2019(13)
[4]下垂控制对直流电网动态电压稳定性的影响分析[J]. 吴蒙,贺之渊,阎发友,吴亚楠,杨杰,周啸. 电力系统保护与控制. 2019(10)
[5]适应分布式电源接入的双模式馈线自动化研究[J]. 张维,宋国兵,豆敏娜,常仲学,陈奎阳,郭上华. 供用电. 2019(05)
[6]交直流混合微网交直潮流断面协调最优控制[J]. 李鹏,李鑫明,陈安伟,付强,郭天宇,汪乐天. 中国电机工程学报. 2017(13)
[7]多端直流系统直流故障保护研究综述[J]. 焦在滨,姜振超. 四川电力技术. 2017(01)
[8]基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解[J]. 杨堤,程浩忠,姚良忠,曾平良. 电力系统自动化. 2016(06)
[9]混合多端直流输电系统附加控制器设计[J]. 张立奎,张英敏. 电力系统保护与控制. 2016(02)
[10]舟山多端柔性直流输电工程换流站内部暂态过电压[J]. 邓旭,王东举,沈扬,陈锡磊,周浩,孙可. 电力系统保护与控制. 2013(18)
本文编号：3099978
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(17)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
单VSC的功率-电压下垂控制
为验证所提最优控制的有效性，如图3所示，在经典三机九节点系统[31]中嵌入三端MTDC网络。交流系统的额定电压为220 kV，直流系统的额定电压为±200 kV，系统的额定容量为100 MVA。三台发电机(记为G1、G2和G3)采用经典模型。如图3所示，三个本地负荷(记为L1、L2和L3)采用恒阻抗模型，其中L1为0.9+j1.63 p.u.,L2为1+j0.35 p.u.,L3为1.25+j0.5 p.u.。MTDC电网中的三个VSC通过母线5,7和9连接到交流系统。在正常模式运行下，换流器1和2(记为C1和C2)作为整流器运行，换流器3(记为C3)作为逆变器运行。所有换流站均以电压下垂控制模式运行，与交流侧交换的无功功率保持为零，确保单位功率因数。其他有关参数见表1。图3 所研究的交直流混联系统图
图4表明了交直流混联系统发生金属故障时的动态响应过程。在t=0.4 s，交流母线4上发生三相金属性接地，在t=0.516 s时清除。图4比较了两种不同的控制方案，即基于传统线性反馈控制和所提的最优控制。最优控制的实施原理可参见图2。通过采集系统当前的实时转速信息，依据所构建的系统模型，以下一个时刻发电机G1和G2的转速偏差最小和当前时刻控制能耗最小为目标函数，计算出当前时刻的最优控制指令，在本文中最优控制指令每隔20 ms更新一次。为方便起见，优化模型目标函数中的两个自定义的矩阵均选为单位阵。图4表明，交流故障期间的不平衡功率导致了同步发电机G1和G2间转子角度偏差发生振荡。传统基于线性反馈的控制和所提出的最优控制都可以在系统受扰后提升系统暂态稳定性。如图4(a)和图4(b)所示，在不加任何辅助控制下，G1和G2之间转子转速偏差和转子功角偏差的振荡幅度明显，并且系统返回到稳定状态需要经历较长的暂态过程。如图4(a)所示，在不加任何辅助控制下，G1和G2之间转子功角偏差的第一次摇摆达到了-0.567 5。然而，基于传统线性反馈控制只将该值略微改善至-0.567 4，但所提最优控制将该值大大提高至-0.533 5。因此，所提最优控制可在很大程度上改善系统的暂态稳定，并且有助于系统在交流故障后快速恢复至稳定状态。从图4(c)和图4(d)可以清楚地看出，在系统的受扰后，利用所提的最优控制，通过改变MTDC各直流端口的有功出力来有效地抑制同步发电机间功角振荡，这在很大程度上改善了整个系统的暂态稳定性。4.2 负荷的突然扰动
【参考文献】：
期刊论文
[1]离心风机变频调速运行中存在问题及解决方法[J]. 马翔,董康田,郑金,李昊燃. 热力发电. 2019(11)
[2]基于自适应暂态下垂控制的光伏频率快速响应方案[J]. 孙钢虎,王恩南,贺婷,杨沛豪,陈济颖,寇水潮,王小辉,李军庆,郭霞,高峰,薛磊. 热力发电. 2019(08)
[3]计及VSC的交直流混联电网扩展规划研究[J]. 胥威汀,欧阳雪彤,苏运掣,陶宇轩. 电力系统保护与控制. 2019(13)
[4]下垂控制对直流电网动态电压稳定性的影响分析[J]. 吴蒙,贺之渊,阎发友,吴亚楠,杨杰,周啸. 电力系统保护与控制. 2019(10)
[5]适应分布式电源接入的双模式馈线自动化研究[J]. 张维,宋国兵,豆敏娜,常仲学,陈奎阳,郭上华. 供用电. 2019(05)
[6]交直流混合微网交直潮流断面协调最优控制[J]. 李鹏,李鑫明,陈安伟,付强,郭天宇,汪乐天. 中国电机工程学报. 2017(13)
[7]多端直流系统直流故障保护研究综述[J]. 焦在滨,姜振超. 四川电力技术. 2017(01)
[8]基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解[J]. 杨堤,程浩忠,姚良忠,曾平良. 电力系统自动化. 2016(06)
[9]混合多端直流输电系统附加控制器设计[J]. 张立奎,张英敏. 电力系统保护与控制. 2016(02)
[10]舟山多端柔性直流输电工程换流站内部暂态过电压[J]. 邓旭,王东举,沈扬,陈锡磊,周浩,孙可. 电力系统保护与控制. 2013(18)
本文编号：3099978
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