直流輸電潮流反轉(zhuǎn)控制

直流輸電系統(tǒng)潮流反轉(zhuǎn)過程可以在控制系統(tǒng)的作用下迅速完成(約幾百毫秒)。然而，實際直流輸電工程潮流反轉(zhuǎn)的速度并不是由控制系統(tǒng)能達(dá)到的速度決定的，而是取決于兩端交流系統(tǒng)對直流功率變化速度的要求以及直流輸電系統(tǒng)主回路的限制。通常，要求完成反轉(zhuǎn)過程的時間在幾秒鐘以上。特別是對于電纜線路，太快的電壓極性反轉(zhuǎn)會損害其絕緣性能，因而潮流反轉(zhuǎn)速度不能過快。2100433B

直流功率的反轉(zhuǎn)過程是在整流站和逆變站的直流控制系統(tǒng)的協(xié)同作用下，按預(yù)定的順序自動進行的。通常，直流控制系統(tǒng)接到潮流反轉(zhuǎn)命令后，先由整流站的直流電流調(diào)節(jié)器將直流電流按預(yù)先整定的速率降至最小容許值(通常為額定電流的10%)，然后，由逆變站的直流電壓調(diào)節(jié)器把直流線路電壓按預(yù)先整定的速率降至零，再由功率方向控制回路將兩換流站控制回路中的功率傳送方向標(biāo)志反轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致兩換流站控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器配置的相應(yīng)切換。于是，原來的整流站變成了現(xiàn)在的逆變站，原來的逆變站變成了現(xiàn)在的整流站。在此之后，先由現(xiàn)在的逆變站的直流電壓調(diào)節(jié)器把直流線路電壓按預(yù)先整定的速率升至反向后的預(yù)定值，最后由現(xiàn)在的整流站的直流電流調(diào)節(jié)器將直流電流按預(yù)先整定的速率升至反轉(zhuǎn)后的預(yù)定值，從而完成了整個潮流反轉(zhuǎn)過程。

支路概述

連鎖跳閘是大停電事故的初期表現(xiàn),防止連鎖過載跳閘是防止電網(wǎng)大停電的重要措施之一。

支路故障切除或線路檢修會引起潮流的轉(zhuǎn)移,這就有可能引起某些支路潮流越限。輸電系統(tǒng)的阻塞,威脅系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。阻塞按其物理特性可以分為穩(wěn)態(tài)阻塞和動態(tài)阻塞,支路潮流越限屬于穩(wěn)態(tài)阻塞問題。

通常采用靈敏度分析方法和優(yōu)化方法解決系統(tǒng)中的阻塞問題。靈敏度方法是根據(jù)支路潮流的越限量,推算出控制變量應(yīng)有的調(diào)整量。該方法不存在收斂性問題,魯棒性較強,但考慮系統(tǒng)約束較少,計算精度不高。優(yōu)化方法可以較全面地考慮各類約束,結(jié)果也較精確,但計算復(fù)雜,魯棒性不好,需要對算法的收斂性和魯棒性做進一步的研究。

基于戴維南定理,本文提出了過載支路的虛擬支路分流模型。虛擬支路是實際不存在的,必須通過控制措施將虛擬支路切除?；谥脫Q定理,將虛擬支路切除問題轉(zhuǎn)化為虛擬支路兩端點注入功率增長問題,并通過靈敏度方法得到最小控制代價方案。該方法既考慮了各種約束條件,又具有計算簡單的特點。

支路算法流程

算法流程的步驟如下:

1)搜索系統(tǒng)中潮流越限支路。

2)對最嚴(yán)重越限支路實施虛擬支路分流措施。根據(jù)分流系數(shù)K、戴維南等效阻抗以及越限支路導(dǎo)納計算虛擬支路參數(shù)λ。

3)通過潮流計算獲得虛擬支路潮流,基于置換定理,將虛擬支路的切除問題轉(zhuǎn)化為支路兩端點注入功率的增長問題。

4)在當(dāng)前運行點計算越限支路視在功率對各個發(fā)電機和負(fù)荷節(jié)點注入功率的靈敏度。

5)根據(jù)虛擬功率源參數(shù)增長步長Δμ以及步驟4中計算的靈敏度確定切負(fù)荷、切發(fā)電機節(jié)點以及控制量,并實施控制措施。

6)重新計算潮流,若虛擬功率源參數(shù)μ尚未達(dá)到1,即虛擬支路尚未完全切除,則返回步驟4;若μ已經(jīng)達(dá)到1,即虛擬支路已經(jīng)完全切除,則進入步驟7。

7)檢查系統(tǒng)中是否存在其他越限支路,若存在越限支路,轉(zhuǎn)到步驟2;若不存在潮流越限支路,輸出控制措施的最終結(jié)果。

支路算例分析

本節(jié)以NewEngland39節(jié)點系統(tǒng)為例,對本文方法進行了驗證。算例中均假設(shè)對系統(tǒng)中唯一潮流越限支路進行減流控制。表1～表3對系統(tǒng)中所選減流支路分別以分流系數(shù)K=0.95,K=0.90,K=0.80進行控制減流和誤差分析,提出了減小誤差的措施。

控制后實際電流幅值變?yōu)樵入娏鞣档谋稊?shù),即實際分流效果。誤差分析:由表中實際分流效果數(shù)據(jù)可以看出,在實施虛擬支路分流和靈敏度控制后,實際得到的電流分流效果K′與目標(biāo)分流系數(shù)K存在一定的偏差,且這個偏差隨著K取值的減小而增大。這主要有如下幾方面因素:

1)切負(fù)荷對虛擬支路導(dǎo)納系數(shù)的影響。在實施切負(fù)荷后,負(fù)荷等效阻抗實際發(fā)生了變化,這將影響到從支路看進去系統(tǒng)的戴維南阻抗,進而影響分流效果。在分流系數(shù)K較大時,這種影響很小,可以忽略不計;但隨著分流系數(shù)K的減小,切負(fù)荷量也隨之增大,這種影響就比較明顯了。

2)負(fù)荷本身性質(zhì)的影響。由于在計算戴維南等效阻抗時將負(fù)荷轉(zhuǎn)化為等效阻抗,在基于靈敏度實施控制時,勢必會引起各負(fù)荷節(jié)點電壓的變化,這些電壓的變化會引起負(fù)荷等效阻抗的變化,進而影響分流效果。當(dāng)分流系數(shù)K較大時,這種影響造成的誤差可以忽略不計。當(dāng)K較小,即需要大的分流時,這種影響將比較明顯。減小誤差的措施如下。當(dāng)對支路進行較大比例的減流時,可將一次減流比例分為2次或幾次減流來實現(xiàn)。算例仿真表明,K≈0.90時的支路控制效果基本能滿足工程需要。這樣,就可將一次減流分成幾次在K≈0.90的支路減流,及時修正戴維南等效阻抗對虛擬支路參數(shù)的影響,減小累計誤差。例如,要使支路電流幅值降低為原來的0.75倍左右,即目標(biāo)系數(shù)K≈0.75,直接采用1次減流時,誤差偏離較大,可采用連續(xù)3次減流,每次減流比例取0.75的3次方根即K1≈0.91,每次減流完成后,重新計算戴維南等效阻抗,然后繼續(xù)以K1為目標(biāo)計算虛擬支路參數(shù),實施減流控制措施,直到3次減流完成為止。該措施及時修正了負(fù)荷及負(fù)荷等效導(dǎo)納變化對戴維南等效阻抗的影響,提高了計算精度。給出了當(dāng)選擇K=0.90時,部分支路控制中的切發(fā)電機節(jié)點g、負(fù)荷節(jié)點l及其控制量x、戴維南等效阻抗Zeq、虛擬支路導(dǎo)納系數(shù)λ的數(shù)據(jù)

支路總結(jié)

1)利用并聯(lián)虛擬支路方法對過流支路進行分流,使過流支路電流降為目標(biāo)電流水平。虛擬支路導(dǎo)納系數(shù)由戴維南等效阻抗、過流支路導(dǎo)納以及目標(biāo)分流系數(shù)共同決定。

2)基于置換定理,將虛擬支路用含參數(shù)的等效虛擬功率源置換,將虛擬支路切除問題轉(zhuǎn)化為虛擬功率源參數(shù)的增長問題。

3)利用靈敏度方法逐步切負(fù)荷和切發(fā)電機,獲得最小控制代價控制方案。

4)對產(chǎn)生誤差的原因進行了分析,提出了減小誤差的措施。算例驗證了該算法的正確性,具有工

程實用價值。 2100433B

本書重點闡述了柔性直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流建模及其數(shù)值仿真相關(guān)技術(shù)，針對模塊化多電平換流器，提出了基于排序建模法的電容電壓平衡穩(wěn)定控制策略等。