高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工技術(shù)研究

丁萍剛，楊洲，王祎

(國網(wǎng)衢州供電公司，浙江 衢州 324000)

0 引 言

隨著智能電網(wǎng)工程項(xiàng)目的快速推進(jìn)，高壓交直流混聯(lián)和電力大規(guī)模跨區(qū)輸送已成為國家電網(wǎng)典型特征[1-2]。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的不斷加快，輸電線路在現(xiàn)代化電力建設(shè)中有著至關(guān)重要的地位，電壓等級(jí)較高的輸電線路在整個(gè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，因此對架空輸電線路施工技術(shù)的研究具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[3-4]。

為提高輸電線路施工質(zhì)量與線路抗干擾能力，本文進(jìn)行了高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工優(yōu)化控制技術(shù)研究。通過仿真測試分析，展示了本文方法在提高高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路輸出穩(wěn)定性和可靠性方面的優(yōu)越性能。

1 輸電線路施工約束參數(shù)模型和穩(wěn)定性調(diào)節(jié)

1.1 約束參數(shù)模型構(gòu)建

采用高壓柔性直流輸電換流控制方法得到高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路電壓輸入側(cè)的控制約束參數(shù)分布函數(shù)為：

(1)

架空輸電線路轉(zhuǎn)子電機(jī)角速度和機(jī)械角速度差異性特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，在電磁轉(zhuǎn)矩恒定的條件下，進(jìn)行輸電線路電壓輸出穩(wěn)定性調(diào)節(jié)[5]，得到諧波電流分量δ的準(zhǔn)確數(shù)值。由于線路輸出的負(fù)載狀態(tài)是互不相關(guān)的，采用等效輸出阻抗調(diào)節(jié)方法，得到雙環(huán)控制器的傳遞函數(shù)：ex=x-xd,eθ=θ-θd。式中：xd、θd為架空輸電線路的參考電壓與電流輸入。通過計(jì)算連接阻抗，得到高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的輸出功率為：

(2)

式中:β為功率因數(shù)；Vc(Y)為功率修正函數(shù)；Y為連接阻抗；c為阻抗調(diào)節(jié)參數(shù)；C為阻抗調(diào)節(jié)參數(shù)集合。

計(jì)算下垂控制引起頻率偏移，采用概率密度特征分析方法進(jìn)行輸電線路的模糊參數(shù)辨識(shí)[6]，得到輸電線路輸出穩(wěn)定性控制約束參數(shù)模型，表達(dá)式為：

(3)

式中:P(·)為模糊參數(shù)辨識(shí)函數(shù)；θ為偏移角;xw3、yw3分別為不同的概率密度特征參量；Z(βi)為等效輸出阻抗描述函數(shù)；βi為輸電線路i的功率因數(shù);αk為下垂控制參數(shù);σk為頻率偏移概率；μk為頻率偏移控制系數(shù)。

1.2 輸出載荷的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)

采用混合MMC電容電壓波動(dòng)調(diào)節(jié)方法進(jìn)行架空輸電線路輸出的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)，結(jié)合電網(wǎng)混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行架空輸電線路的組網(wǎng)設(shè)計(jì)[7-8]。假設(shè)高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路電壓的測量值為zt-1，該值與電網(wǎng)諧波幅xi相關(guān)。因此下垂控制的基波頻率滿足：

(4)

則有：

(5)

式中:w(dij)為電容電壓波動(dòng)特征參量。考慮并聯(lián)虛擬導(dǎo)納，結(jié)合模糊參數(shù)調(diào)節(jié)方法[9-11]，得到高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路離散域的控制電壓滿足：

(6)

式中:ueqx為輸電線路離散域的參考輸入電壓；ueqθ為輸電線路離散域的實(shí)際輸入電壓；usw為電壓損耗。

采用相位補(bǔ)償方法，得到等效諧波阻抗的補(bǔ)償誤差為：

(7)

式中:xij、yij分別為輸電線路兩端的諧波阻抗；g為相位補(bǔ)償系數(shù)。

分析高頻處造成的振蕩電壓，計(jì)算高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的等效諧波阻抗特征量[12]，得到線路狀態(tài)控制方程。

(8)

結(jié)合電網(wǎng)混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行輸電線路的組網(wǎng)設(shè)計(jì)，采用多因素反饋調(diào)節(jié)方法進(jìn)行負(fù)電平輸出穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。多因素反饋調(diào)節(jié)的模糊隸屬度函數(shù)為：

(9)

(10)

分析高頻處電壓補(bǔ)償?shù)牟町愋裕捎帽壤?重復(fù)控制器進(jìn)行線路施工的狀態(tài)參數(shù)調(diào)節(jié)，假設(shè)狀態(tài)參數(shù)e1、e2滿足以下條件：

(11)

因此，高次諧波頻率處的帶寬為：

(12)

采用并聯(lián)虛擬導(dǎo)納控制方法進(jìn)行增益調(diào)節(jié)，線性自抗擾控制函數(shù)為：

s=ce1+e2

(13)

式中:c為線性自抗擾控制系數(shù)。

線性自抗擾二次控制函數(shù)如式(14)所示。

(14)

計(jì)算負(fù)電平輸出感抗，令：

(15)

則輸出交直流電壓滿足：

(16)

分析直流輸電電壓等級(jí)，得到高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線的級(jí)聯(lián)拓?fù)涠葹椋?/p>

(17)

考慮架空輸電線路輸入側(cè)回流狀態(tài)特征量，采用混合MMC電容電壓波動(dòng)調(diào)節(jié)方法進(jìn)行架空輸電線路輸出載荷的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)[13]，公式為：

(18)

式中:wij為混合MMC電容電壓波動(dòng)加權(quán)系數(shù)[14]。

2 架空輸電線路施工控制優(yōu)化

2.1 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的組網(wǎng)優(yōu)化

建立高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路控制的等效約束參數(shù)模型。該模型由n組觀測值構(gòu)成，描述為：

K=(xi1,xi2,…,xi,m-1,yi)i=1,2,…,n

(19)

結(jié)合模塊投切輸出轉(zhuǎn)換控制方法進(jìn)行輸電線路的負(fù)載均衡控制[15]。其中，負(fù)載均衡調(diào)度模型滿足：

(20)

隨著直流輸電電壓等級(jí)和傳輸容量的不斷增加，考慮到串聯(lián)諧振電容，得到混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的優(yōu)化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型為：

G=Xβ′+j

(21)

式中：X為n×m維的組網(wǎng)參數(shù)調(diào)節(jié)變量；β′為n維的電網(wǎng)的高頻特征量;j為諧振電流。

2.2 電網(wǎng)負(fù)載均衡控制

采用排序方法均衡輸出輸電線路子模塊之間電容電壓，實(shí)現(xiàn)輸電線路施工優(yōu)化，考慮輸電線輸出均衡控制函數(shù)的約束情況，負(fù)載均衡控制矩陣Σ可表示為：

(22)

式中：Σ1為負(fù)載均衡控制矩陣特征值。輸電線路的負(fù)載控制矩陣Σ=diag(δi),i=1,2,…,r。對高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工過程控制約束矩陣U與V進(jìn)行特征分解，得到：

U=[U1U2],V=[V1V2]

(23)

采用功率輸出均衡控制方法進(jìn)行輸電線路負(fù)載均衡控制。根據(jù)均衡控制結(jié)果進(jìn)行輸電線路施工技術(shù)設(shè)計(jì)，得到電網(wǎng)的電壓并聯(lián)輸出滿足：

(24)

式中:T為功率輸出均衡控制系數(shù)。最終得到在優(yōu)化的施工控制約束下的均壓控制模型為：

(25)

綜上分析，構(gòu)建高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的輸電線路施工控制優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)輸電線路的輸出穩(wěn)定性控制。

3 仿真試驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文方法在實(shí)現(xiàn)高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路輸出負(fù)載均衡控制和施工優(yōu)化中的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真測試。選擇MATLAB作為仿真試驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)定輸電線路負(fù)載為120 kW，輸出功耗為200 kW，采用2臺(tái)50 kW并聯(lián)的三相逆變器進(jìn)行輸出負(fù)載均衡調(diào)節(jié)，阻性與感性負(fù)荷設(shè)為15 kvar，諧波阻抗為20 Ω，線性無功功率負(fù)荷為40 kW。根據(jù)上述仿真參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工優(yōu)化控制。測試在優(yōu)化控制前后的輸出電壓的對比波形，如圖1所示。

圖1 架空輸電線路輸出電壓的對比波形

分析圖1可知，在采用本文方法進(jìn)行優(yōu)化控制前，輸出的電壓波形出現(xiàn)了嚴(yán)重畸變，諧振頻率處的帶寬很窄，輸出負(fù)載均衡性不好。采用本文方法進(jìn)行電網(wǎng)的施工改造后，輸出負(fù)載均衡性較好，提高了輸出的穩(wěn)定性。

測試采用本文方法優(yōu)化控制前后輸電線路的抗干擾能力，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 優(yōu)化控制前后抗干擾能力對比

分析圖2可知，采用本文方法后，高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的抗干擾能力得到大幅度提升，提高了輸電線路的電壓輸出穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

為提升高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工質(zhì)量與輸出穩(wěn)定性，本文進(jìn)行高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工優(yōu)化控制技術(shù)研究。考慮并聯(lián)虛擬導(dǎo)納，結(jié)合模糊參數(shù)調(diào)節(jié)方法進(jìn)行振蕩電壓控制，采用多因素反饋調(diào)節(jié)方法進(jìn)行負(fù)電平輸出穩(wěn)定性調(diào)節(jié)，結(jié)合模塊投切輸出轉(zhuǎn)換控制方法與功率輸出均衡控制方法實(shí)現(xiàn)高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)負(fù)載均衡控制，根據(jù)均衡控制結(jié)果進(jìn)行輸電線路施工技術(shù)設(shè)計(jì)。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法進(jìn)行施工控制后，輸電線路的電壓畸變得到有效抑制，輸出均衡性較好，抗干擾能力強(qiáng)，提高了輸電線路的電壓輸出穩(wěn)定性。