改進生成式對抗網絡下多端柔性直流輸電系統

張 猛，李 瑾

（國網鄂州供電公司，湖北鄂州 436000）

文獻[3]提出適用于多端柔性直流輸電系統的分布式直流電壓控制策略。文獻[4]提出真雙極多端柔性直流輸電系統多目標協同控制策略。文獻[5]提出基于可控關斷的電流源型直流輸電系統設計及運行方式。上述方法未能在系統設計時依據改進的生成式對抗網絡檢測系統內部異常電力數據，導致在開展系統控制時，控制效果差。為解決上述多端柔性直流輸電系統設計時存在的問題，提出改進生成式對抗網絡下多端柔性直流輸電系統。

1 系統硬件設計

1.1 多端柔性直流系統結構分析

多端柔性直流系統[6-7]具體系統結構如圖1所示。

圖1 多端柔性直流系統結構

分析圖1 可知，多端柔性直流系統由換流站連接組成。A 島電網通過220 kV 交流線路與主電網連接，并與B 島電網相連，而B 島電網則根據110 kV 的線路與D 島相接，C 島并不與外界相連交流，處于孤島狀態。

1.2 構建系統整體框架

1.2.1 換流閥設計以及器件串聯個數確定模塊

換流閥的基本結構如圖2 所示。

圖2 模塊化換流閥結構

依據圖2 可知，直流輸電系統的換流閥由若干子模塊組成，子模塊電容器的大小直接影響換流閥的輸出電塔波紋，影響系統的直流電壓的振動[8-9]。換流閥子模塊電壓波動與電容器存儲能量呈正比關系，因此設定多端柔性直流系統換流閥的反向耐壓為Ufx，以此計算換流閥反向電壓與網側電壓幅值之間的關系，完成CSC 器件串聯數量的計算，結果如下式所示：

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式中，M表示CSC 器件串聯數量，Ued表示換流晶閘管的額定電壓，β表示換流閥安全裕度，α表示安全系數。

基于上述確定的換流閥器件串聯數量計算結果，完成該換流閥器件串聯個數設計模塊的設計。

1.2.2 濾波電感、電容調制模塊

該模塊主要負責對多端柔性直流系統中換流器交流側濾波電感、電容的波動頻率的實時調制[10]，保證系統穩定運行輸出。

由于換流器濾波電容會影響系統橋臂器件的導通個充放電，因此系統的整體放電回路是由濾波電感、電容以及交流側負載組合形成的，電壓電容值計算如下式所示：

式中，ufdy0表示電容的放電初始電壓，ufdy表示電壓電容值計算結果，q1、q2均表示等效電阻放電系數，Rdx表示負載等效電阻。

最后依據計算出的周期系統電容電壓，獲取系統放電時間，確定調制頻率，從而實現系統濾波電感、電容的頻率實時調制。

1.2.3 異常數據檢測模塊

該模塊主要負責系統運行時，輸電異常數據的檢測。多端柔性直流輸電系統在運行時，若系統內部輸電異常數據較多，會導致系統出現故障，引發輸電安全危機，因此該模塊需要根據改進的生成式對抗網絡建立異常數據檢測模型，檢測系統內部輸電異常數據，保證系統安全運行。

設定直流輸電系統中存在i組輸電數據yi，輸電數據分布為er(y)，數據的高斯分布為ez(z)，基于神經網絡在二者之間建立映射關系，建立多端柔性直流輸電系統異常輸電數據檢測模型，模型表達形式如下式所示：

式中，W(·) 表示輸電數據的期望分布，G(y) 表示網絡生成數據，D(G(y))表示辨識器的異常數據辨識概率，minGmaxDF(G,D)表示建立的異常數據檢測模型。

2 軟件設計

2.1 換流器閥組控制實現

針對多端柔性直流輸電系統換流閥設計以及器件串聯個數確定模塊，在模塊中設計控制器，并通過設計的控制器對模塊換流器實施閥側控制，以此增強系統控制精度，使系統能夠更好地實現直流輸出。

若想換流器穩定運行，就需要系統的直流電壓恒定，而電壓恒定的基礎就是換流器子模塊電容電壓的均衡[11-12]，結合換流器電平均衡調制策略以及電容電壓的均衡控制，完成換流閥側設計以及器件串聯個數確定模塊控制器的設計，控制器具體結構如圖3 所示。

圖3 換流器閥側控制器結構

通過建立的換流器閥側控制器對整個換流器閥側模塊實施控制[13-14]，從而增強系統的直流輸電精度。

2.2 系統整體控制實現

相比較系統模塊控制器設計，多端柔性直流輸電系統的控制目標主要是通過對換流站控制器的選取，實現系統換流站間的協調控制，使得直流輸電系統能夠穩定、安全運行。

首先依據圖1 制定系統的換流站控制策略，策略具體內容如表1 所示。

表1 換流站控制策略

結合圖1 分析可知，1 號換流站是系統的功率平衡節點，4號換流站是直流輸電系統的恒定功率節點，3 號換流站負責無源的孤島電網供電，2 號換流站是系統的重要節點，主要是系統電壓偏差控制節點。

基于上述系統控制策略，建立直流輸電系統的整體控制器，控制器結構如圖4 所示。

圖4 直流輸電系統的整體控制器結構

根據圖4 可知，針對多端直流輸電系統建立的控制器，修改換流站控制器結構，即可實現對整個直流輸電系統的控制。

完成控制器設計后，設定系統中多端換流站節點為λ1、λ2、λ3，[idrefmax,idrefmin]表示換流站的輸出區間，以此建立系統控制邏輯，計算直流輸電系統的直流電壓的最大、最小值，過程如下式所示：

式中，Uzl表示系統直流額定電壓，Ujl表示交流電壓，(Uwtmin,Uwtmax) 表示問題直流電壓最大、最小值，idref表示控制邏輯。

對所設計系統各個模塊以及整個系統實施控制[15-16]，通過控制結果，實現多端柔性直流輸電系統的穩定運行。

3 實驗分析

為了驗證上述多端柔性直流輸電系統設計方法的整體有效性，需對此方法測試。在PSCAD 環境中搭建VSC-MTDC 模型，系統換流站設定參數如表2所示[17]。

表2 換流站參數

基于上述測試環境以及設定的相關參數，選取換流站，測試所提方法系統控制前后換流站交流側電流輸出值以及直流側的電壓輸出值，測試所提方法建立系統的運行效果。測試結果如圖5、圖6 所示。

圖5 電流測試結果

圖6 電壓測試結果

分析圖5 可知，所提方法設計的多端柔性直流輸電系統設計的控制器能夠有效抑制輸電電流的波動，最終在0 kA 附近波動，提高了系統的穩定性。

分析圖6 可知，系統啟動時換流側電壓急速上升，并出現持續波動情況，這時會導致系統交流側遭受沖擊，擾亂系統穩定。而所提方法在設計系統時，通過設計的控制器，緩步提升系統直流側電壓，最終控制在500 kV，避免系統遭受沖擊。這主要是因為所提方法在系統設計時依據改進的生成式對抗網絡檢測系統內部異常電力數據，因此上述方法在開展系統控制時，控制效果好。

4 結束語

文中針對傳統直流輸電系統中存在的問題，提出改進生成式對抗網絡下多端柔性直流輸電系統。該方法首先建立系統的框架設計系統硬件模塊，再利用設計的控制器實現系統的軟件設計，最后將硬、軟件整合，實現電力的直流輸電。由于該方法在設計換流器控制時，還存在些許缺陷，今后將針對該項問題，繼續優化該直流輸電系統。