直流输电潮流反转控制

直流输电系统潮流反转过程可以在控制系统的作用下迅速完成(约几百毫秒)。然而，实际直流输电工程潮流反转的速度并不是由控制系统能达到的速度决定的，而是取决于两端交流系统对直流功率变化速度的要求以及直流输电系统主回路的限制。通常，要求完成反转过程的时间在几秒钟以上。特别是对于电缆线路，太快的电压极性反转会损害其绝缘性能，因而潮流反转速度不能过快。2100433B

直流功率的反转过程是在整流站和逆变站的直流控制系统的协同作用下，按预定的顺序自动进行的。通常，直流控制系统接到潮流反转命令后，先由整流站的直流电流调节器将直流电流按预先整定的速率降至最小容许值(通常为额定电流的10%)，然后，由逆变站的直流电压调节器把直流线路电压按预先整定的速率降至零，再由功率方向控制回路将两换流站控制回路中的功率传送方向标志反转，从而导致两换流站控制系统中调节器配置的相应切换。于是，原来的整流站变成了现在的逆变站，原来的逆变站变成了现在的整流站。在此之后，先由现在的逆变站的直流电压调节器把直流线路电压按预先整定的速率升至反向后的预定值，最后由现在的整流站的直流电流调节器将直流电流按预先整定的速率升至反转后的预定值，从而完成了整个潮流反转过程。

支路概述

连锁跳闸是大停电事故的初期表现,防止连锁过载跳闸是防止电网大停电的重要措施之一。

支路故障切除或线路检修会引起潮流的转移,这就有可能引起某些支路潮流越限。输电系统的阻塞,威胁系统的安全和稳定。阻塞按其物理特性可以分为稳态阻塞和动态阻塞,支路潮流越限属于稳态阻塞问题。

通常采用灵敏度分析方法和优化方法解决系统中的阻塞问题。灵敏度方法是根据支路潮流的越限量,推算出控制变量应有的调整量。该方法不存在收敛性问题,鲁棒性较强,但考虑系统约束较少,计算精度不高。优化方法可以较全面地考虑各类约束,结果也较精确,但计算复杂,鲁棒性不好,需要对算法的收敛性和鲁棒性做进一步的研究。

基于戴维南定理,本文提出了过载支路的虚拟支路分流模型。虚拟支路是实际不存在的,必须通过控制措施将虚拟支路切除。基于置换定理,将虚拟支路切除问题转化为虚拟支路两端点注入功率增长问题,并通过灵敏度方法得到最小控制代价方案。该方法既考虑了各种约束条件,又具有计算简单的特点。

支路算法流程

算法流程的步骤如下:

1)搜索系统中潮流越限支路。

2)对最严重越限支路实施虚拟支路分流措施。根据分流系数K、戴维南等效阻抗以及越限支路导纳计算虚拟支路参数λ。

3)通过潮流计算获得虚拟支路潮流,基于置换定理,将虚拟支路的切除问题转化为支路两端点注入功率的增长问题。

4)在当前运行点计算越限支路视在功率对各个发电机和负荷节点注入功率的灵敏度。

5)根据虚拟功率源参数增长步长Δμ以及步骤4中计算的灵敏度确定切负荷、切发电机节点以及控制量,并实施控制措施。

6)重新计算潮流,若虚拟功率源参数μ尚未达到1,即虚拟支路尚未完全切除,则返回步骤4;若μ已经达到1,即虚拟支路已经完全切除,则进入步骤7。

7)检查系统中是否存在其他越限支路,若存在越限支路,转到步骤2;若不存在潮流越限支路,输出控制措施的最终结果。

支路算例分析

本节以NewEngland39节点系统为例,对本文方法进行了验证。算例中均假设对系统中唯一潮流越限支路进行减流控制。表1～表3对系统中所选减流支路分别以分流系数K=0.95,K=0.90,K=0.80进行控制减流和误差分析,提出了减小误差的措施。

控制后实际电流幅值变为原先电流幅值的倍数,即实际分流效果。误差分析:由表中实际分流效果数据可以看出,在实施虚拟支路分流和灵敏度控制后,实际得到的电流分流效果K′与目标分流系数K存在一定的偏差,且这个偏差随着K取值的减小而增大。这主要有如下几方面因素:

1)切负荷对虚拟支路导纳系数的影响。在实施切负荷后,负荷等效阻抗实际发生了变化,这将影响到从支路看进去系统的戴维南阻抗,进而影响分流效果。在分流系数K较大时,这种影响很小,可以忽略不计;但随着分流系数K的减小,切负荷量也随之增大,这种影响就比较明显了。

2)负荷本身性质的影响。由于在计算戴维南等效阻抗时将负荷转化为等效阻抗,在基于灵敏度实施控制时,势必会引起各负荷节点电压的变化,这些电压的变化会引起负荷等效阻抗的变化,进而影响分流效果。当分流系数K较大时,这种影响造成的误差可以忽略不计。当K较小,即需要大的分流时,这种影响将比较明显。减小误差的措施如下。当对支路进行较大比例的减流时,可将一次减流比例分为2次或几次减流来实现。算例仿真表明,K≈0.90时的支路控制效果基本能满足工程需要。这样,就可将一次减流分成几次在K≈0.90的支路减流,及时修正戴维南等效阻抗对虚拟支路参数的影响,减小累计误差。例如,要使支路电流幅值降低为原来的0.75倍左右,即目标系数K≈0.75,直接采用1次减流时,误差偏离较大,可采用连续3次减流,每次减流比例取0.75的3次方根即K1≈0.91,每次减流完成后,重新计算戴维南等效阻抗,然后继续以K1为目标计算虚拟支路参数,实施减流控制措施,直到3次减流完成为止。该措施及时修正了负荷及负荷等效导纳变化对戴维南等效阻抗的影响,提高了计算精度。给出了当选择K=0.90时,部分支路控制中的切发电机节点g、负荷节点l及其控制量x、戴维南等效阻抗Zeq、虚拟支路导纳系数λ的数据

支路总结

1)利用并联虚拟支路方法对过流支路进行分流,使过流支路电流降为目标电流水平。虚拟支路导纳系数由戴维南等效阻抗、过流支路导纳以及目标分流系数共同决定。

2)基于置换定理,将虚拟支路用含参数的等效虚拟功率源置换,将虚拟支路切除问题转化为虚拟功率源参数的增长问题。

3)利用灵敏度方法逐步切负荷和切发电机,获得最小控制代价控制方案。

4)对产生误差的原因进行了分析,提出了减小误差的措施。算例验证了该算法的正确性,具有工

程实用价值。 2100433B

本书重点阐述了柔性直流输电系统稳态潮流建模及其数值仿真相关技术，针对模块化多电平换流器，提出了基于排序建模法的电容电压平衡稳定控制策略等。