輕型高壓直流輸電系統控制策略

尹孟志 張辰綱 楊雷 大慶油田有限責任公司水務公司

輕型高壓直流輸電系統控制策略

尹孟志 張辰綱 楊雷 大慶油田有限責任公司水務公司

在輕型高壓直流輸電系統動態(tài)模型基礎上提出了內外環(huán)解耦控制，應用Matlab/ Simulink建立系統仿真模型，采用Matlab進行仿真分析來驗證模型及控制策略的正確性及有效性。仿真結果表明，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速度和很好的穩(wěn)定性，而且在不同的運行點各被控制量都能達到較高的穩(wěn)態(tài)控制精度。

輕型高壓直流輸電；動態(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、可參與系統無功功率調節(jié)、可向無源負載供電、提高系統穩(wěn)定性等優(yōu)點[1]，在長距離輸電中占據了不可取代的地位，這種優(yōu)越性是由系統控制決定的。因此，如何通過有效的控制，是提高輸出電能質量、保證系統運行可靠性的關鍵。在輕型高壓直流輸電系統動態(tài)模型基礎上提出了內、外環(huán)解耦控制，應用Matlab/Simulink建立系統仿真模型，通過仿真來驗證模型及控制策略的正確性及有效性。

1 控制器設計

1.1 內環(huán)控制

為了提高換流器輸出的電能質量，改善系統的運行性能，內環(huán)控制器主要對注入網絡的電流進行精細調節(jié)。內環(huán)電流控制器通過調節(jié)器實現了電流的無靜差跟蹤，并且將電流控制信號轉化為電壓控制信號。

1.2 外環(huán)控制

外環(huán)控制器動態(tài)響應速度較慢，用于體現不同的控制目的，并產生內環(huán)參考信號。

控制方式選擇：由于直流電壓與整流、逆變兩側功率平衡有關，當兩側功率在暫態(tài)出現瞬間不平衡時，會引起電壓的波動，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擾動時會波動，所以選擇對無功進行調節(jié)。根據所接網絡不同可選定功率（電流）和定交流電壓控制方式[2]。本文選擇整流側定功率控制，逆變側定直流電壓控制。

2 算例分析

為驗證本文提出模型及控制設計正確性，現采用Matlab進行仿真分析。換流器容量及電壓分別為200 MVA、200 kV，連接的兩交流系統技術參數是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75 km，PI型連接；交流濾波頻率指數為27。逆變交流端安置一個三相故障模塊。對控制系統進行如下擾動（0.1 s逆變系統投用，0.3 s整流系統投用）。

2.1P單獨擾動

t=1.5 s時，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速度和很好的穩(wěn)定性，而且在不同的運行點各被控制量都能達到較高的穩(wěn)態(tài)控制精度。

2.2 交流三相短路故障

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

系統故障使變換站2功率輸送能力下降到0，直流側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。故障切除后系統各量迅速恢復到原來的設定值。

3 結論

基于Matlab/Simulink對網絡系統進行動態(tài)仿真分析，結果表明，本文提出的雙環(huán)解耦控制可實現有功、無功獨立調節(jié)，系統響應速度快，改善了系統可靠性和穩(wěn)定性，驗證了模型及控制策略正確性及有效性。

[1]徐政．交直流電力系統動態(tài)行為分析[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]嚴干貴，陳濤，穆鋼，等．輕型高壓直流輸電系統的動態(tài)建模及非線性解耦控制[J]．電網技術，2007，31（6）：45-50.

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.037