現(xiàn)代控制技術(shù)在高壓直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值分析

尹華

摘 要：直流輸電系統(tǒng)也稱HVDC，對于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行來說，直流輸電系統(tǒng)對其有著深遠(yuǎn)的影響，直流輸電系統(tǒng)的控制問題好壞，直接會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行得穩(wěn)定性，但是如果要想讓直流輸電系統(tǒng)的性能更好的話，就需要先進(jìn)的控制技術(shù)來提高系統(tǒng)的性能，因?yàn)橹绷鬏旊娤到y(tǒng)本身具有一定的強(qiáng)非線性特性。本文分析了現(xiàn)代控制技術(shù)在高壓直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值，并且在總結(jié)傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上分析了現(xiàn)代各種算法的優(yōu)勢和缺陷。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代控制技術(shù) 高壓直流輸電系統(tǒng) 應(yīng)用價(jià)值

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

我國電力能源發(fā)展有兩大重要戰(zhàn)略步驟，一是西電東送；二是區(qū)域聯(lián)網(wǎng)。直流輸電系統(tǒng)是非常理想的遠(yuǎn)距離大功率輸電方式，因?yàn)橹绷鬏旊娤到y(tǒng)有著很大的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)一是直流輸電系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)非常迅速，并且非常靈活；二是輸電距離比較方便，因?yàn)橹绷鬏旊娤到y(tǒng)的輸電距離是不受同步運(yùn)行的穩(wěn)定性限制的，對于整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行來說，直流輸電系統(tǒng)都有著非常大的影響。直流輸電系統(tǒng)能夠快速調(diào)節(jié)用電功率，并且有一定的過載能力，如果能夠充分發(fā)揮直流輸電系統(tǒng)的這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)的話，那么很有可能就可以提高交流系統(tǒng)的用電穩(wěn)定性，以及抑制交流系統(tǒng)在運(yùn)輸電能的過程中的震蕩性。但是如果想要發(fā)揮出直流系統(tǒng)的這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)的話，就必須要采用先進(jìn)的控制技術(shù)，發(fā)揮系統(tǒng)的穩(wěn)定性及靈活性。針對直流輸電系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，必須提高控制系統(tǒng)的對交流參數(shù)變動(dòng)和擾動(dòng)的魯棒性和適應(yīng)性。現(xiàn)如今，天廣直流線路以及三廣直流線路都已經(jīng)投入到了運(yùn)行當(dāng)中，多條直流輸電線路和交流輸電線路并列運(yùn)行的情況已經(jīng)出現(xiàn)在了南方電網(wǎng)的用電運(yùn)行當(dāng)中。在2015年時(shí)，南方電網(wǎng)的直流輸電線路已經(jīng)達(dá)到了七條，我相信隨著時(shí)間的發(fā)展，現(xiàn)代控制技術(shù)在高壓直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用價(jià)值會(huì)越來越高，并且現(xiàn)代控制技術(shù)會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間[1]。

1 常規(guī)控制直流輸電系統(tǒng)的策略

整流和逆變部分共同構(gòu)成高壓直流輸電系統(tǒng)，其中間部分是由直流輸電線路連接的，其內(nèi)部的可控變量有3個(gè)部分：一是兩側(cè)換流器的觸發(fā)導(dǎo)通角；二是換流變壓器中間抽頭位置；三是無功補(bǔ)償裝置的投切控制。

一般傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)的控制方式都是以定電流調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)的控制，這個(gè)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(dǎo)通角的信號，發(fā)出觸發(fā)脈沖以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。在整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)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(cè)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(fā)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行非常穩(wěn)定，或者是誤差比較小的情況下才可以使用的，因?yàn)檫@樣的控制策略一般情況下可以滿足需求，可以讓系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)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(diǎn)：第一，在系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)不夠穩(wěn)定，或者是出現(xiàn)比較大的擾動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)策略可能不能夠保障整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。第二，直流輸電系統(tǒng)的輸電運(yùn)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(tǒng)的兩端交流比較難，因?yàn)榈乩砜缍却螅院茈y進(jìn)行信號的迅速對接，兩方協(xié)調(diào)比較困難，就造成整流側(cè)和逆變側(cè)相互協(xié)調(diào)不夠方便。第三，這種傳統(tǒng)的控制策略會(huì)導(dǎo)致直流輸電系統(tǒng)不能夠和發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生同步功率，所以，對交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有任何幫助。第四，功率的給定值是由上一級系統(tǒng)制定的，所以當(dāng)整流側(cè)采用定功率控制時(shí)，整個(gè)響應(yīng)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)判斷和計(jì)算延遲的現(xiàn)象，而弱交流系統(tǒng)需要功率的快速反應(yīng)以及支援，所以這對弱交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性幫助不是很大[2]。

針對上述所說的問題，研究人員經(jīng)過長時(shí)間的研究，決定將現(xiàn)代控制方法應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中，早期的科研人員采用的是最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等現(xiàn)代控制方法。其實(shí)在20世紀(jì)70年代的時(shí)候，科研人員已經(jīng)將最優(yōu)控制方法應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中，在高壓直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中使用最優(yōu)控制策略，可以給系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)最優(yōu)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(diǎn)不能出現(xiàn)變化，一旦這種方法的工作點(diǎn)出現(xiàn)大的變化或者擾動(dòng)時(shí)，就不能夠保證系統(tǒng)的性能。本文將針對直流輸電系統(tǒng)的強(qiáng)非線性，以及現(xiàn)代控制技術(shù)在直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用和筆者自己的工作經(jīng)驗(yàn)，給予筆者自己的一些觀點(diǎn)。

2 直流輸電系統(tǒng)的現(xiàn)代控制策略——在直流輸電系統(tǒng)中應(yīng)用非線性控制

盧強(qiáng)等人經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)將非線性控制應(yīng)用在電力系統(tǒng)當(dāng)中是一個(gè)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(yīng)用于hvdc系統(tǒng)當(dāng)中，自從發(fā)現(xiàn)可以將非線性控制應(yīng)用在電力系統(tǒng)當(dāng)中以后，國內(nèi)外許多學(xué)者都對非線性控制在電力系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究。各學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，將非線性控制運(yùn)用在直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中能夠獲得非常好的動(dòng)態(tài)性能，使整個(gè)系統(tǒng)的性能提高到一個(gè)新的水平。在前文當(dāng)中介紹的，在直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)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(diǎn)變化，以及距離問題，但是將非線性控制，運(yùn)用到直流輸電系統(tǒng)當(dāng)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(tǒng)控制方法中的工作點(diǎn)變化或大擾動(dòng)情況對系統(tǒng)控制的影響，hvdc本身就是一種非常典型的非線性系統(tǒng)，因此，在hvdc當(dāng)中運(yùn)用非線性控制，對整個(gè)系統(tǒng)而言是非常有效的。將非線性控制運(yùn)用在hvdc當(dāng)中，可以更簡單的設(shè)計(jì)出控制器，并且整個(gè)hvdc系統(tǒng)當(dāng)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(tǒng)模型當(dāng)中這些不確定因素[3]。

3 結(jié)語

hvdc系統(tǒng)的研究一直是工程界關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)的問題，因?yàn)閔vdc系統(tǒng)是非常典型的非線性復(fù)雜系統(tǒng)，所以國內(nèi)外的學(xué)者一直對這個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行深入研究，各位學(xué)者都希望能夠通過現(xiàn)代控制技術(shù)使hvdc系統(tǒng)得到一個(gè)更好的發(fā)展。從目前現(xiàn)有的結(jié)果來看，可以發(fā)現(xiàn)已經(jīng)對單直流輸電系統(tǒng)和交直流混合輸電系統(tǒng)有了非常深入的研究，并且已經(jīng)將這些輸電系統(tǒng)與現(xiàn)代控制技術(shù)進(jìn)行了有效結(jié)合，比如說非線性控制，自適應(yīng)控制等。從實(shí)驗(yàn)當(dāng)中也可以發(fā)現(xiàn)這樣的結(jié)合可以使整個(gè)hvdc系統(tǒng)獲得更好的控制性能，雖然有很多研究現(xiàn)在還沒有真正投入到使用當(dāng)中，雖然他們目前還處于在實(shí)驗(yàn)室研究的階段，但是從研究當(dāng)中就可以發(fā)現(xiàn)，一旦將這些現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合到直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中，可以為直流輸電系統(tǒng)的安全性再加一層保障，因?yàn)閷F(xiàn)代控制技術(shù)運(yùn)用到直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中可以使整個(gè)輸電系統(tǒng)的運(yùn)行變得更加穩(wěn)定。筆者認(rèn)為我國的科研工作人員，應(yīng)該利用現(xiàn)有的技術(shù)已及現(xiàn)有的條件，將科學(xué)研究工作與具體的對象進(jìn)行緊密的結(jié)合，提高整個(gè)研究水平，我相信在不久的將來，現(xiàn)代控制技術(shù)一定能夠更好地應(yīng)用于直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

[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(qiáng)，孫元章.電力系統(tǒng)非線性控制[M].北京：科學(xué)出版社，1993.

[3] 李興源，劉紅超，邱曉燕，等.改善暫態(tài)穩(wěn)定性的 HVDC非線性控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26（14）：15-19.