輕型高壓直流輸電系統(tǒng)控制策略

尹孟志 張辰綱 楊雷 大慶油田有限責(zé)任公司水務(wù)公司

輕型高壓直流輸電系統(tǒng)控制策略

尹孟志 張辰綱 楊雷 大慶油田有限責(zé)任公司水務(wù)公司

在輕型高壓直流輸電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型基礎(chǔ)上提出了內(nèi)外環(huán)解耦控制，應(yīng)用Matlab/ Simulink建立系統(tǒng)仿真模型，采用Matlab進(jìn)行仿真分析來驗(yàn)證模型及控制策略的正確性及有效性。仿真結(jié)果表明，各被控量的整定值無論發(fā)生怎樣的階躍變化，控制器都有很快的響應(yīng)速度和很好的穩(wěn)定性，而且在不同的運(yùn)行點(diǎn)各被控制量都能達(dá)到較高的穩(wěn)態(tài)控制精度。

輕型高壓直流輸電；動(dòng)態(tài)模型；雙環(huán)解耦控制；仿真

輕型高壓直流輸電（HVDC Light）作為一種新型輸電方式具有控制靈活、不存在換相失敗、可參與系統(tǒng)無功功率調(diào)節(jié)、可向無源負(fù)載供電、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)[1]，在長(zhǎng)距離輸電中占據(jù)了不可取代的地位，這種優(yōu)越性是由系統(tǒng)控制決定的。因此，如何通過有效的控制，是提高輸出電能質(zhì)量、保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵。在輕型高壓直流輸電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型基礎(chǔ)上提出了內(nèi)、外環(huán)解耦控制，應(yīng)用Matlab/Simulink建立系統(tǒng)仿真模型，通過仿真來驗(yàn)證模型及控制策略的正確性及有效性。

1 控制器設(shè)計(jì)

1.1 內(nèi)環(huán)控制

為了提高換流器輸出的電能質(zhì)量，改善系統(tǒng)的運(yùn)行性能，內(nèi)環(huán)控制器主要對(duì)注入網(wǎng)絡(luò)的電流進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。內(nèi)環(huán)電流控制器通過調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)了電流的無靜差跟蹤，并且將電流控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓控制信號(hào)。

1.2 外環(huán)控制

外環(huán)控制器動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢，用于體現(xiàn)不同的控制目的，并產(chǎn)生內(nèi)環(huán)參考信號(hào)。

控制方式選擇：由于直流電壓與整流、逆變兩側(cè)功率平衡有關(guān)，當(dāng)兩側(cè)功率在暫態(tài)出現(xiàn)瞬間不平衡時(shí)，會(huì)引起電壓的波動(dòng)，所以將直流電壓控制作為外部控制環(huán)之一，考慮到交流電壓在系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)會(huì)波動(dòng)，所以選擇對(duì)無功進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)所接網(wǎng)絡(luò)不同可選定功率（電流）和定交流電壓控制方式[2]。本文選擇整流側(cè)定功率控制，逆變側(cè)定直流電壓控制。

2 算例分析

為驗(yàn)證本文提出模型及控制設(shè)計(jì)正確性，現(xiàn)采用Matlab進(jìn)行仿真分析。換流器容量及電壓分別為200 MVA、200 kV，連接的兩交流系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)是230 kV、50 Hz、2 000 MVA，帶3次諧波，相角80°；電抗器為8 mH，直流電纜每段線長(zhǎng)75 km，PI型連接；交流濾波頻率指數(shù)為27。逆變交流端安置一個(gè)三相故障模塊。對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行如下擾動(dòng)（0.1 s逆變系統(tǒng)投用，0.3 s整流系統(tǒng)投用）。

2.1P單獨(dú)擾動(dòng)

t=1.5 s時(shí)，P從1變?yōu)?.8，Q、U不變。各被控量的整定值無論發(fā)生怎樣的階躍變化，控制器都有很快的響應(yīng)速度和很好的穩(wěn)定性，而且在不同的運(yùn)行點(diǎn)各被控制量都能達(dá)到較高的穩(wěn)態(tài)控制精度。

2.2 交流三相短路故障

t=1.5 s時(shí)，換流站1發(fā)生0.1幅電壓跌落擾動(dòng)，持續(xù)0.13 s；t=2.1 s時(shí)，換流站2發(fā)生三相短路故障，持續(xù)時(shí)間0.12 s。

系統(tǒng)故障使變換站2功率輸送能力下降到0，直流側(cè)電容充電使直流電壓增大，通過定有功功率控制，直流電壓被限制在可接受范圍內(nèi)。故障切除后系統(tǒng)各量迅速恢復(fù)到原來的設(shè)定值。

3 結(jié)論

基于Matlab/Simulink對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，結(jié)果表明，本文提出的雙環(huán)解耦控制可實(shí)現(xiàn)有功、無功獨(dú)立調(diào)節(jié)，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，改善了系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，驗(yàn)證了模型及控制策略正確性及有效性。

[1]徐政．交直流電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為分析[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]嚴(yán)干貴，陳濤，穆鋼，等．輕型高壓直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模及非線性解耦控制[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（6）：45-50.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.037