多馈入直流输电系统的协调控制策略及其相关问题研究

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当多条直流输电线路落点于同一交流系统时,便形成了多馈入直流输电系统(Multi-infeed High Voltage Direct Current Systems,简称MIDC系统)。与单馈入直流输电系统相比,MIDC系统具有更大的输送容量和更为灵活的运行方式。然而,MIDC系统中各直流子系统间的相互作用可能导致系统性能下降,严重时甚至引起系统失稳。因此,制定出合理、有效的协调控制策略对改善MIDC系统的整体动态性能具有重要意义。   本文基于当前MIDC系统协调控制策略的研究成果,提出了一种适用于MIDC系统故障后的快速协调恢复策略:针对多个直流阻尼控制器,提出了一种基于相对增益矩阵(relative gain array,简称RGA)原理的多直流附加调制信号选取方法;设计了一种模糊自适应协调阻尼控制器;分析了通信延迟对广域闭环控制系统稳定性的影响。具体工作如下:   (1)提出了一种适用于MIDC系统故障后的快速协调恢复策略。直流功率快速恢复的主要障碍是逆变侧的换相失败。为了减少逆变站发生换相失败的机率,改进了各逆变站的熄弧角控制;进而又改进各逆变站的低压限流单元(voltage dependent current order limiter,简称VDCOL),以减小暂态过程中各直流输电子系统间不良的相互影响,从而改善MIDC系统的恢复性能。   (2)提出了一种基于RGA的多直流附加调制信号的选取方法。为了降低计算量和缩短选取过程,提出了利用留数分析法对海量的广域测量信号进行初选,选出那些对目标模式可观性好的广域信号与整流站内直流功率整定点处的输入信号组成配对的调制信号方案;考虑多直流控制回路间存在复杂的相互作用,提出了用RGA方法来量化地考察各种调制信号方案下多直流控制回路间的交互影响程度;基于RGA方法分析的量化结果,根据RGA的特性为给定的控制点选出最佳的直流附加调制信号。   (3)设计了一种模糊自适应协调阻尼控制器。该阻尼控制器在传统的单输入单输出控制结构基础上增加了一个模糊逻辑单元,自适应地在线调整系统的移相角。同时,控制增益K与模糊逻辑单元联调,以保证移相环节参数改变后整个控制通道的增益保持不变。另外,还利用优化算法对各直流阻尼控制器的固定参数进行了协调优化,以避免相互独立设计的控制器共同作用时可能发生不良的相互作用。   (4)应用Lyapunov稳定性原理,推导了广域闭环控制系统渐进稳定的充分条件。该稳定性条件给出了一个最大网络传输延时,只要实际的网络延时不大于这个最大网络传输延时,则广域闭环控制系统是渐近稳定的;应用该充分条件探讨了通信延时对广域闭环控制系统稳定性的影响。   本研究以南方电网EMTDC/PSCAD模型为研究对象,在多种计算条件下对上述研究成果进行了仿真验证。结果表明:本研究所提的控制策略和计算方法是合理和有效的,其研究成果具有一定的理论意义和实用价值。
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