現代控制技術在高壓直流輸電系統中的應用價值分析

尹華

摘 要：直流輸電系統也稱HVDC，對于電力系統的安全運行來說，直流輸電系統對其有著深遠的影響，直流輸電系統的控制問題好壞，直接會影響整個電網運行得穩定性，但是如果要想讓直流輸電系統的性能更好的話，就需要先進的控制技術來提高系統的性能，因為直流輸電系統本身具有一定的強非線性特性。本文分析了現代控制技術在高壓直流輸電系統中的應用價值，并且在總結傳統控制策略的基礎上分析了現代各種算法的優勢和缺陷。

關鍵詞：現代控制技術 高壓直流輸電系統 應用價值

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（a）-00-02

我國電力能源發展有兩大重要戰略步驟，一是西電東送；二是區域聯網。直流輸電系統是非常理想的遠距離大功率輸電方式，因為直流輸電系統有著很大的優點，優點一是直流輸電系統的功率調節非常迅速，并且非常靈活；二是輸電距離比較方便，因為直流輸電系統的輸電距離是不受同步運行的穩定性限制的，對于整個電力系統的安全穩定運行來說，直流輸電系統都有著非常大的影響。直流輸電系統能夠快速調節用電功率，并且有一定的過載能力，如果能夠充分發揮直流輸電系統的這兩個優點的話，那么很有可能就可以提高交流系統的用電穩定性，以及抑制交流系統在運輸電能的過程中的震蕩性。但是如果想要發揮出直流系統的這兩個優點的話，就必須要采用先進的控制技術，發揮系統的穩定性及靈活性。針對直流輸電系統的系統調節靈活，響應速度快的特點，必須提高控制系統的對交流參數變動和擾動的魯棒性和適應性。現如今，天廣直流線路以及三廣直流線路都已經投入到了運行當中，多條直流輸電線路和交流輸電線路并列運行的情況已經出現在了南方電網的用電運行當中。在2015年時，南方電網的直流輸電線路已經達到了七條，我相信隨著時間的發展，現代控制技術在高壓直流輸電系統當中的應用價值會越來越高，并且現代控制技術會有更廣闊的發展空間[1]。

1 常規控制直流輸電系統的策略

整流和逆變部分共同構成高壓直流輸電系統，其中間部分是由直流輸電線路連接的，其內部的可控變量有3個部分：一是兩側換流器的觸發導通角；二是換流變壓器中間抽頭位置；三是無功補償裝置的投切控制。

一般傳統的直流輸電系統的控制方式都是以定電流調節和電壓調節為基礎的控制，這個控制原理是去改變電流和電壓的整定值，然后就能夠獲得換流器導通角的信號，發出觸發脈沖以實現預期的效果。在整個電力系統穩定的情況下，如果想要滿足輸送一定功率的要求的話，可以在整流側采用定直流電流控制，在逆變器采用定熄弧角控制。除此之外，針對不同的情況，還可以采取不同的控制方式，有許多控制方式是可以去選擇的，比方說整流測最小觸發角控制以及逆變測定直流電流控制等，這些情況都是在整個系統的運行非常穩定，或者是誤差比較小的情況下才可以使用的，因為這樣的控制策略一般情況下可以滿足需求，可以讓系統穩定的運行。但是，雖然這樣的控制方法非常好，正所謂人無完人，這樣的方法也是有著自己不足的地方的，其不足方面可以概括為以下4點：第一，在系統的運行狀態不夠穩定，或者是出現比較大的擾動時調節策略可能不能夠保障整個系統的運行穩定性。第二，直流輸電系統的輸電運行地理跨度比較大，輸電距離相對于普通輸電線路來說也比較長，因此直流輸電系統的兩端交流比較難，因為地理跨度大，所以很難進行信號的迅速對接，兩方協調比較困難，就造成整流側和逆變側相互協調不夠方便。第三，這種傳統的控制策略會導致直流輸電系統不能夠和發動機產生同步功率，所以，對交流系統的穩定性沒有任何幫助。第四，功率的給定值是由上一級系統制定的，所以當整流側采用定功率控制時，整個響應系統會出現判斷和計算延遲的現象，而弱交流系統需要功率的快速反應以及支援，所以這對弱交流系統的穩定性幫助不是很大[2]。

針對上述所說的問題，研究人員經過長時間的研究，決定將現代控制方法應用于高壓直流輸電系統當中，早期的科研人員采用的是最優控制以及自適應控制等現代控制方法。其實在20世紀70年代的時候，科研人員已經將最優控制方法應用于高壓直流輸電系統當中，在高壓直流輸電系統當中使用最優控制策略，可以給系統運行一個最優控制方法，但是此方法也有自己的弊端，就是這種方法的工作點不能出現變化，一旦這種方法的工作點出現大的變化或者擾動時，就不能夠保證系統的性能。本文將針對直流輸電系統的強非線性，以及現代控制技術在直流輸電系統當中的應用和筆者自己的工作經驗，給予筆者自己的一些觀點。

2 直流輸電系統的現代控制策略——在直流輸電系統中應用非線性控制

盧強等人經過研究，發現將非線性控制應用在電力系統當中是一個非常可行，并且有效的方法，不僅如此，他們還將微分幾何的方法應用于hvdc系統當中，自從發現可以將非線性控制應用在電力系統當中以后，國內外許多學者都對非線性控制在電力系統當中的應用進行了大量的研究。各學者通過研究發現，將非線性控制運用在直流輸電系統當中能夠獲得非常好的動態性能，使整個系統的性能提高到一個新的水平。在前文當中介紹的，在直流輸電系統當中運用的控制方法都有著自己不可避免的弊端，比如說無法控制工作點變化，以及距離問題，但是將非線性控制，運用到直流輸電系統當中可以很好的克服這種問題。非線性控制可以很好的克服傳統控制方法中的工作點變化或大擾動情況對系統控制的影響，hvdc本身就是一種非常典型的非線性系統，因此，在hvdc當中運用非線性控制，對整個系統而言是非常有效的。將非線性控制運用在hvdc當中，可以更簡單的設計出控制器，并且整個hvdc系統當中有很多不確定因素，而非線性控制可以很簡單的解決系統模型當中這些不確定因素[3]。

3 結語

hvdc系統的研究一直是工程界關注的一個重點的問題，因為hvdc系統是非常典型的非線性復雜系統，所以國內外的學者一直對這個系統在進行深入研究，各位學者都希望能夠通過現代控制技術使hvdc系統得到一個更好的發展。從目前現有的結果來看，可以發現已經對單直流輸電系統和交直流混合輸電系統有了非常深入的研究，并且已經將這些輸電系統與現代控制技術進行了有效結合，比如說非線性控制，自適應控制等。從實驗當中也可以發現這樣的結合可以使整個hvdc系統獲得更好的控制性能，雖然有很多研究現在還沒有真正投入到使用當中，雖然他們目前還處于在實驗室研究的階段，但是從研究當中就可以發現，一旦將這些現代控制技術結合到直流輸電系統當中，可以為直流輸電系統的安全性再加一層保障，因為將現代控制技術運用到直流輸電系統當中可以使整個輸電系統的運行變得更加穩定。筆者認為我國的科研工作人員，應該利用現有的技術已及現有的條件，將科學研究工作與具體的對象進行緊密的結合，提高整個研究水平，我相信在不久的將來，現代控制技術一定能夠更好地應用于直流輸電系統當中。

參考文獻

[1] AlvesJ ER， PilbttL AS， Watanabe EH. A dap tive D igital Controller Applied t）HVDC Transm ission[J].IEEE Trans on Power Delivery，1993，8（4）：1851-1859.

[2] 盧強，孫元章.電力系統非線性控制[M].北京：科學出版社，1993.

[3] 李興源，劉紅超，邱曉燕，等.改善暫態穩定性的 HVDC非線性控制策略[J].電力系統自動化，2002，26（14）：15-19.