（电力系统及其自动化专业论文）交直流混合互联电力系统的分散协调控制.pdf

捧陵适应分数协调控露4 方法穰结合，建立了囊壹滚互联电网鹣柔链协淫控裁系 统，笄班实琢辩方电力系统为研究鼹象，辩魄力系统静箭数协潺整割系统进行 了深入研究。 论文的主要内容包括； 1 ) 在憨结必联渗诱控裁在毫力系统疲瘸瓣基璃上，磅究了爨甏哭联凌谖 控制实现交壹流混合互联电力系统盼分散协调控制方案，并通过三机两直流系 统验证了所提鼢控制方案可以有效改善系统对短路故障的相应特性。义中还详 缨套缨了关联携潺往割的基本琢瑾，建立7 大疑模交蛊溅混合互联邀力系统基 予浆一运行点静的线经拖模篓，研究了将关联测量分散控制法应翔予党袁流混 合甄联电力系统的直流系统附加控制器的设计方法。 2 ) 将广域测量系统和非线性递推算法嘏结合，实现多个直流系绫之间酶 势数游灞控翻，获悉兖势鬟霜蠢流系统戆莰速稿疰特魏撬舞夭臻模交蕊流湛合 置联电力系统的稳定性。首先研究了利用广域测量系统实时确定系统动态平衡 点的方法，然后研究了在确定赢流系统控制圈标后利用擞流系统的附加控制快 逮驱动系统至l 这系统动态稳定孚餐点豹方法，麸嚣构建了犬援摸交壹溅混合互 联电力系统基予广域铡量系统的分散协调释棒自适应控剃系统。最后通过仿真 研究验证了控制方案的有效饿。 3 ) 将考虑本建模动态的蔷棒自适应控锖l 理论应用予瞧办系统。嚣先研究 了考纛来建摸动态豹鲁捧鑫邂应控裁理论农霪流系统萋本控髑中静疲糟，仿真 研究表明，该理论对于直流系统的基本控制相对于现有p i d 控制直流系统具有 更优良的响应特性；然后应用谈理论研究了大规模交直流混合互联电力系统基 鼍：广域溅量系绕瓣凳数捺镶器襻鑫逶庭羟剿系绞，势铮趱鬻蠢毫耀2 0 鹪每实 际系统研究了谶系统西条直流系统酶分散协调控割方案；最后，对该系统不同 运行方式和故障点的仿真研究验证了所提出控制方案的有效性。 关键溺：交壹滚滋台联电力系统，努教秘调控麓，鲁耱自适瘦控翻，来建搂 动态，广域测量系统 t h ed e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o | f o ra c ，d c h y b r i di n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m s m a j o r ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n g r a d u a t e ：q u a ny a na d v i s o r ：m n g y u a nl i t h ep r o m i n e n tc h a r a c t e r i s t i co fm o d e r np o w e rs y s t e mi st of o r ml a r g e - s c a l ea c ，d c i m e r c o n n e c t e d p o w e r n e t w o r k s d u e t o 泌d i s t i n c t a d v a a t a g e s , h v d c p l a y s 锄i m p o r t a n t r o l e i n r e n l o t op o w e rt r a n s m i s s i o na n dl a r g o - s c a l ei n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m s c o n s e q u e n t l yh v d c h a sb e e nb e i n ga d o p t e di nm o r ea n dm o l p o w e rs y s t e m s t h ei n t e r c o n n e c t i o no f p o w e r s y s t e m s i st o 眦k ep o w e r sg e n e r a t i n ga n dt r a n s m i t t i n gm o t ee c o n o m i c a la n dr e l i a b l e ，b u ta tt h es a m e t i m ei tb r i n g sm a n yn 州d y n a m i cp r o b l e m sw h i c hi n c r e a s et h ep o s s i b i l i t yo fp o w e rs y s t e m s l o s i n gs t a b i l i t y i ni n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m s , t h es p i n n i n gr c s c f v eo fe a c ha r e as h o u l db e g r e a t l yr e t h w e da n dt h eo p e r a t h l gc o n d i t i o ns h o u l di n c r e a s i n g l y b ec l o s et om es t a b i l i t y l i m i t a t i o n , w h i c hc a u s e st h es t a b i l i t yp r o b l e mm o r ee r u e i a l t h ep r i m a r yh l e a l 略t oi m p r o v e p o w e rs y s t e m s s t a b i l i t yi st od e v e l o pt h e i rc o n t r o ls y s t e m s m o r e o v e r , t h er e l i a b i l 姆o fa l l i n t e r c o n n e a e dp o w e rn e t w o r kn e e d st ob e 母硪哺n t c l e db yd e v e l o p i n ga d v a n c e dc o n t r o ls y s t e m w i t hn e w - s t y l ed e v i c e ss u c ha sh v d ca n df a c t sp r e s e n ti np o w e rs y s t e m s ，t h e 衄es i d e t h ec o n t r o l l a b l ed e g r e eo f p o w e rs y s t e m si si n c r e a s e d , a n d0 1 1t h eo t h e rs i d e , t h es t a b i l i t ya n d c o n f f o lc h a r a c t e r i s t i co fp o w e rs y s t e m sb e c o m em o r ec o l l i p l e 犯b e c a u s ee a c ho f t h ec o n t r o l l e r s u s 日l o c a la n du n c o o r d i n a t e dc o n 仕o ls t r a t e g y , t h e r em a yb eu n s t a b l ei n t e r a c t i o n s 嘶e 姐 c o n t r o l l e r s s oi ti sn e c e s s a r yt oi n t e g r a t ea n dc o o r d i n a t ea l lk i n d so f c o n l r o l l e r s n l i sd i s s e r t a t i o na i m s 蕾ds t u d yt h ed c c e m m i i z e dc o o r d i n a m dc o n t r o lf o ra c d eh y b r i d i n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m s , e s p e c i a l l yt h es y s t e mc h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i sa n dc o o r d i n a t e d c o n f f o lf o rh v d cl i n k s t h em a i no b j 。c t so f t h i st h e s i si s 幻d e s i g nd e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e d s c h e m e s , b yu t i l i z i n gt h eq u i c kr e s p o n s ea b i l i t , o fh v d cl i n k s ，t oi m p r o v et h eg l o b a ls t a b i l i t y a n dt od a m pt h eo s c i l l a t i o no f a c d ch y b r i di n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m s i nt h i sf i e l d , s o m e i n n o v a t i v ew o r kh a sb e e nm a d e ：( 1 ) b a s e do nc o r r e l a t i v em e a s l 删v e c t o r , ac o r r e l a t i v e m e a s u r e dd e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o ls t r a t e g yi sf i r s t l yp r e s e n t e df o ra c ，d eh y b f i d i n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m s , w h i c ho n l yr e q u i r e l o c a li n f o r m a t i o na n di sas i m p l e m c o n f i g u r a t i o n ( 2 ) b a s e do nw a m s ( w i d ea r 融m e a s u r e m e n ts y s t e m ) a n dr o b u s ta d a p t i v e d e c e n t r a l i z e dc 0 0 r d i n a t e dc o n t r o l , at w o - l e v e ls t r u c t u r ec o n h o is c h e m eu t i l i z i n gt h eq u i c k r e s p o n s ea b i u t yo f h v d c i sf i r s t l yd e v e l o p e df o ri m p m v i n g t h es t a b i l i t yo f w i d ea r e aa c ，d c h y h i di n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m s ( 3 ) t h er o b u s ta d a p t i v ed e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o l m e t h o dw i t hu n m o d e l e dd y n a m i c sf o rp o w e rs y s t e mi sp r o p o s e d ，a n df o rt h ef i r s tt i m ei th a s b e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h eb a s i cc o r d c r o lo fh v i x ：a n da c ，d ch y b r i di n t e r c o n n e c t e d p o w e rs y s t e m s ( 4 ) b a s e do nw a m s ( w i d ea r e am e a s u r e m e n ts y s t e m ) a n dr o b u s ta d a p t i v e d e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc e n t r e lw i t hu n m o d e l e dd y n a m i c s ad e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc e n t r e l s c h e m ei sf i r s t l yd e v e l o p e df o ri m p r o v i n gt h es t a b i l i t yo fw i d ea r e aa c ，d ch y h i d i n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m s ，w h i c ha r cu s e di nr e a lc h i n as o u t hg r i d t h i sp a p e rf l r s t l ys u m m a r i z e st h er e s e a r c ha c h i e v e m e n t st h a to v e r s e a sr e s e a r c h e r sm a d ei n p o w e rs t a b i l i t ya n a l y s i s ，e s p e c i a l l yi nt h ec e n t r e io fh v i x ：a n dd e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e d c o n t r o lo fp o w e rs y s t e m b a s e do nt h i s ，t h i s p a p e rd e v e l o p st h ec o r r e l a t i v em e a s u r e d d e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o ls t r a t e g y , t h er o b u s ta d a p t i v ed e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o l s c h e m ea n dt h er o b u s ta d a p t i v ed e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o im e t h o dw i t hu n m o d e l e d d y n a m i c sb a s e d o nw a m s w h i c ha r eu s e di nr e a lc h i n as o u t h 蛳d b a s e do nt h es u m m a r yo f a p p l i c a t i o no f c o r r e l a t i v em e a s u r e dv e c t o ri np o w e r s y s t e m , t h e c o r r e l a t i v em e a s m e dd e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o ls t r a t e g yi st t r s t l yp r e s e n t e df o ra c ，d c h y b r i di n t e r e n n n e c t e dp o w e rs y s t e m s f i r s t , ac o r r e l a t i v em e a s u r e ds t a t es p a c cm o d e lo fa c ， d ch y b r i di n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m si sd e v e l o p e d b a s e do nt h i sm o d e l , c o r r e l a t i v e m e a s u r e dd e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e de n n t r o ll a wi sd e r i v e df o r t h ea d d i t i o n a lc o n t r o l l e ro f h v d c w h i c ho n l yr e q u i r ei o c a li n f o r m a t i o na n di sas i m p l ec o n f i g u r a t i o n b a s e do rw a m sa n db a c k - s t e p p i n gm e t h o d , t h er o b u s ta d a p t i v ed e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e d c o n t r o ls c h e m eo f h v d cl i n k si sf i r s t l yp r e s e n t e dt oi m p r o v et h es t a b i l i t yo f w i d ea r e aa c ，d c h y b r i di n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m s f i r s t , b a s e d0 1 1w a m s 。t i md y n a m i cs t a b l ee q u i l i b r i u m p o i i i t ( s e p ) a s c e r t a i n e d0 1 1l i i l eb yu 辩o fw a m si sd e v e l o p e d t h e nt h i sp a p e rd i s c u s s e st h e d e s i g no fh v d ca d d i t i o n a lr o b u s ta d a p t i v ed e c e n t r a l i z e dc o n t r o l l e rw i t ht h ed y m m cs t a b l e e q u i l i b r i u mp o i n ta n dg e n e r a t o rp h a s e sm e a s u r e db yw a m sa si t si n p u ts i g n a l a tl a s t , t h e r o b u s ta d a p t i v ed e c e n w a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o ls c h e m eo fh v d cl i n k si sp r e s e n t e da n dt h e s i m u l a t i o nr e s u i t sd e m o n s t r a t ei t se f f e c t i v e n e s s b a s e do i lt h er o b u s ta d a p t i v ed e c e n u a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o lm e t h o dw i t hu n m o d e l e d d y n a m i c sa n dw a m s ，ad e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o ls c h e m ei sf i r s t l yd e v e l o p e df o r i m p r o v i n gt h es t a b i t i t , jo fw i d ea r e aa c ，d ch y b r 诅i n m v , o n n e g t e x lp o w e rs y s t e m s i ) r o b u s t a d a p t i v ec o n t r o lt h e o r yw i t hu n m o d e l c dd y n a m o si sf i r s t l yi n t r o d u c e da n dt h eh v d cm o d e l f i t t m gf o rr o b u s ta d a p t i v ec o n t r o lt h e o r yw i t hu n l n o d e l e dd y n a m i c si sc o n s 删b a s e d o nt h i s h v d cm o d e l t h eb a s i cc o n t r o l l e ro fh v d ci sd e s i g n e da n dt h ee f f i c i e n c yo fc o n t r o l l e ri s d i s c u s s e d 硼c a s es t u d i e su s i n ga c d cp o w e rs y s t e mw i t ht h r e eg e n e r a i o r sa n dn i n eb u s e s i v a l s op r o v et h ee f f i c i e n c yo f c o n t r o l l e rp r e s e n t e dj nt h e 粥m c a s es t u d i e sa l s os 1 1 0 wt h a tt h e c o n t r o l l e rp r e s e n t e di nt h ep a p e ri sg o o df o rt b eu n c o r t a i n t yo fo p e r a , o na n dd i s t u r b a n c ea n d u n m o d e l e dd y n a m i c so f h v d ca n dt h a tt h ec o n t r o l l e rc a nr e a l i z et h er e a ld e c e n t r a l i z e dc o n t r o l b e c a u s eo fi t sl o c a li n p u t s b a s e do i lw a m s ，ad e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e dc o n t r o ls c h e m ei s f i r s t l yd e v e l o p e df o ri m p r o v i n gt h es t a b i l i t yo f w i d ea m a c ，d ch y b r i di n t e r c o n n c c t e dp o w e r s y s t e m sb yu s eo f r o b u s ta d a p t f v ec o n t r o lt h e o r yw i t hu n m o d e l e dd y n a m i c s ，w h i c ha r eu s e di n r e a lc h i n as o u t hg 耐3 ) d u et oi t ss i m p l yd e s i g n sa n de f f i c i e n c yc o m p a r e dw i t ht h ed e s i g nu s i n g d e t a i lm o d e li ti se x p e c t e dt h a tt h ed e s i g nm e t h o do f c o n t r o l l e ri nt h ep a p e rw i l lb ew i d e l yu s e d i no t h e rc o n t r o l l e rd e s i g no f p o w e rs y s t e ms u c ha sp s sa n ds v c 如t 1 1 i sp r o v i d e dan e w i d e a t od e s i g nc o n t r o l l e rb y o f s i m p l i f i e dm o d e l k e y w o r d s ：a c ，d ch y b r i di n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m , d e c e n t r a l i z e dc o o r d i n a t e d c o n t r o l , t h er o b u s ta d a p t i v ec o n t r o l ，t h eu m n o d e l e dd y n a m i c s , w a m s v 四川大学博士学位论文( 2 0 0 6 ) 第一章绪言 1 1 课题研究的背景和意义 现代电力系统有两个显著特征：1 ) 形成大规模互联电网；2 ) 采用h v d c 实现远距离送电。 大规模互联电网经济效益非常明显，既可以解决各地区间能源资源与负荷 分布的不平衡，以最有效的方式利用经济的能源；又可以利用时差和季节差错 开负荷高峰，减少电力系统总的备用容量；便于在系统中发生故障时各区域间 相互进行功率支援，提高系统运行的可靠性等。但是，互联电网的缺点是，系 统的结构和运行方式越来越复杂多变，由于对事故的连锁反应，可能出现大面 积停电，近来世界上连续发生的大停电事故证明了这一点0 “3 1 随着电力市场 的发展，电力系统的重构和市场化，在主网基础上建立起来的现代互联电网在 区域之间传输的功率将日益增长，均导致互联电力系统越来越运行在接近其传 输极限的水平上，成为所谓重载电力系统( s t r e s s e dp o w e rs y s t e m ) ，这进一步 增加了输电系统的压力，因此估计发生大面积停电事故的几率还将增长【】。 采用h v d c 送电，具有如下优点 6 - - i o l ： 1 ) 经济性好。当输送功率相同时，其线路造价低。架空线路杆塔的结构 比较简单，同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压，线路走廊较窄，线路损 耗率小，相应地线路运行费用也较省； 2 ) 两端交流电力系统不需要同步运行，输电距离不受电力系统同步运行 稳定性的限制，还可以提高与直流线路并列运行的交流输电系统的稳定性； 3 ) 由于直流线路的功率和电流的调节方便迅速，可实现各种调节与控制； 直流线路的短路电流较小，交流系统用直流线路互联以后，短路容量基本没有 增大； 4 ) 用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系，既可得到 联网的技术经济效益，又可避免大面积停电事故的发生； 四川大学博士学位论文( 2 0 0 6 ) 5 ) 在导线几何尺寸和电压有效值相等的条件下，电晕无线电干扰较小； 6 ) 线路在稳态运行时没有电容电流，沿线电压分布较平稳，线路部分不 需要无功补偿： 7 ) 每个极可作为独立的回路运行。当一个极发生故障时，健全极仍可以 输送一部分功率，而且换流器也可以分段扩建，以便于分期投资和建设： 8 ) 由于采用直流联网时，无功不能通过直流网络传输，联网的交流系统 不会增加另一系统的短路电流，因而采用直流线路联网的交流系统的短路电流 小； 9 ) 通过功率调制，可以增加互联电力系统的负阻尼，因此采用直流联网 能从网络结构上根除产生低频振荡的可能： 1 0 ) 采用直流联网能从网络结构上隔断交流故障的传递，避免了故障的进 一步恶化。 由于高压直流输电( h v d c ) 具有如上所述许多独特的优点，在远距离输 电、异步联网、海底输电等方面获得了广泛的应用。此外，通过合理的直流控 制系统设计可以显著地提高整个交、直流互联电网的安全稳定水平。因此，越 来越多的电力系统采用交、直流互联电网。而且，由于大型受端电网的形成， 近年来的系统规划已开始出现多条直流和多条交流线路并列运行的多馈入交 直流混合互联输电系统。在我国电力系统发展过程中，这种特征更为突出。 实施“西电东送”是中国资源分布与生产力布局的客观要求，也是变西部地 区资源优势为经济优势、促进东西部地区经济共同发展的重要措施l l l q 。“西 电东送”指开发贵州、云南、广西、四川、内蒙古、山西、陕西等西部省区的 电力资源，将其输送到电力紧缺的广东、上海、江苏、浙江和京津唐地区。中 国是世界上水能资源最丰富的国家，可开发装机容量为3 7 8 亿千瓦，年发电 量1 9 2 亿千瓦时。但水能资源的分布极不均匀，9 0 的可开发装机容量集中 在西南、中南和西北地区。特别是长江中上游的干支流和西南国际性河流，其 可开发装机容量占到全国可开发装机容量的6 0 。由于水电资源分布与用电 负荷分布的不平衡，客观上制约了水电的开发和利用。到1 9 9 9 年底，全国水 电总装机容量为7 3 0 0 万千瓦，仅占水电可开发装机容量的1 9 。此外，中国 煤炭资源也集中在山西、陕西、内蒙古西部。中国经济发达的东部沿海地区， 2 四川大学博士学位论文f 2 0 0 6 ) 能源资源非常短缺，而北京、广东、上海等东部七省市的电力消费占到全国的 4 0 以上。对南方电网而言，云贵两省的能源储有量便占了五省( 区) 总量的 八成左右，其中云南可开发的水力资源位居全国第二。而在经济发展水平上， 桂，黔，滇三省( 区) g d p 的总和仅为广东的一半，通过“西电东送”，以资 源启动战略带动西部地区开发，可以在当地增加就业、积累资金、提高居民人 均收入，结合当地资源，发展相关的产业链，通过横向和纵向经济联系，带动 地区经济走上自我发展的良性循环。广东g d p 占全国一成左右，为五省( 区) 总量的6 0 以上，但多年来能源匮乏一直是制约该省经济持续、健康、快速 发展的重要因素。“西电东送讨广东而言，调整了产业结构，弥补了电力缺口， 满足了环保的要求。根据有关部门规划，我国“西电东送”将形成三大通道。一 是将贵州乌江、云南澜沧江和桂滇黔三省区交界处的南盘江、北盘江、红水河 的水电资源以及黔滇两省坑口火电厂的电能开发出来送往广东，形成“西电东 送”南部通道；二是将三峡和金沙江干支流水电送往华东地区，形成中部“西电 东送”通道，其中金沙江下游溪洛渡、向家坝水电站计划在2 0 0 5 - - - - 2 0 0 6 年开工， 2 0 1 2 - - 2 0 1 7 年机组陆续投产，向华东、华中送电；三是将黄河上游水电和山 西、内蒙古坑口火电送往京津唐地区，形成北部“西电东送”通道。“十五”期 间，国家将重点加快实施“西电东送”南线的电源和输电线路建设。除最近开工 的贵州洪家渡水电站、引子渡水电站和乌江渡水电站扩机工程外，还将尽快开 工贵州纳雍、黔北、安顺二期火电厂和广西龙滩水电站、云南小湾水电站及开 远、曲靖、滇东等一批火电项目，总装机容量达1 5 0 0 多万千瓦。同时，在建 设天生桥水电站至广东第三回输电线路的基础上，还将新建从贵州安顺地区经 广西到广东的输电通道。 由于我国电网的“西电东送”发展战略，我国电力系统将逐渐成为多条直 流和多条交流线路并列运行的多馈入交直流混合互联输电系统，其中南方电网 是最典型的多馈入交直流混合互联输电系统。南方电网覆盖广东、广西、云南、 贵州、海南五省( 区) ，并与香港、澳门电网相连，东西跨度近2 0 0 0 公里。云 南、贵州电网经天生桥通过天广三条5 0 0 千伏交流线路和两条5 0 0 千伏直流 线路，以及贵广两条5 0 0 千伏交流线路与广西、广东电网相连，南方电网主网 架目前已形成“五交三直”八大通道，开通了总的通道输电能力达1 0 8 8 万千瓦 四川大学博士学位论文( 2 0 0 6 ) 的西电东送宽带网。广东电网已形成5 0 0 千伏环网，并向东西北三个方向延伸； 广西电网已形成5 0 0 千伏四边形环网结构；云南、贵州电网已形成5 0 0 干伏“日” 字形主干环网结构；海南电网目前还未与主网相连。 根据南方电网规划，“十一五”期间，西电将再增向广东送电1 0 3 0 万千瓦， 其中云南新增3 2 0 万千瓦，贵州新增4 0 0 万千瓦广西龙滩水电站季节性电能 3 1 0 万千瓦。西电东送主网架将重点建设贵广第二回直流工程、贵州施秉至广 东花都双回5 0 0 千伏交流工程，建设小湾水电站送出工程、云南至广东第一回 直流工程和罗平至百色口回5 0 0 千伏交流线路，建设龙滩水电站送出的四回交 流输电工程。西电东送的前景十分广阔。西电东送主网架将重点建设天广四回 交流、贵广二回直流等输电工程。到2 0 1 0 年和2 0 1 5 年，又将陆续投运小湾送 广东、糯扎渡送广东以及贵州送广东二回等四回直流，总共将有七回直流落点 广东，送电容量近2 0 0 0 万千瓦，南方电网将出现更多回直流和交流并列运行 的电网格局，形成了典型的含多馈入直流系统的互联电网。 综上所述，到2 0 2 0 年左右，我国将建成世界上罕见的跨区域和远距离传 输巨大功率的超高压交、直流混合输电系统，其运行的复杂性和难度在国际上 也是少见的。尽管多馈入交直流输电系统提供了强大的送电能力和更为灵活的 运行方式，但同时也带来许多新的问题：当直流系统或交流系统扰动后，邻近 直流系统之间、直流与交流系统之间的相互作用，可能会导致系统性能的下降， 威胁到系统的安全稳定运行。因此，对大规模多馈入直流与交流互联电力系统 中存在的问题和对策进行研究具有重大的理论和现实意义。 近来的大停电事故表明，必须从整体考虑系统的可靠性，而不能仅从当地 控制或单个控制措施分别来考虑。这就需要综合和协调各种控制措施，形成一 个“柔性的”的紧急预防控制系统。 此外，随着计算机技术、网络技术、通讯技术、g p $ 技术、超导技术、 电力电子技术、分布式发电和储能技术等相关技术的发展和成熟，交直流混合 互联输电系统、超导技术、电力电子技术、分布式发电和储能技术等扩大了传 输容量和控制的灵活性，为构建这样一个柔性紧急预防控制系统提供了条件 【7 卜8 6 1 。但系统结构复杂，控制与控制之间的相互影响有可能导致系统的连锁 崩溃。这就进一步增加了系统稳定性分析和协调控制的难度和复杂性。因此， 4 ， ， 四川大学博士学位论文( 2 0 0 6 ) 进行全系统协调控制系统研究是非常必要的，是保证“西电东送、南北互供、 全国联网”战略顺利实旌的迫切要求，将为我国未来大电网的安全可靠和经济 运行奠定坚实的理论基础，必将产生巨大的经济效益和社会效益。 1 2 国内外研究动态 1 2 1 电力系统稳定控制 目前，经典的和广泛采用的“紧急控制”都是当地控制，主要是防止单台 发电机( 个别情况是对发电机群) 失去暂态稳定性。文献【2 0 吨1 】以及i e e e 工作 组的报告 2 2 1 对已有的稳定控制方法作了较全面的综述：1 ) 继电保护( 单相或 三相、重合闸或无重合闸) ；2 ) 电阻制动；3 ) 快关汽门( 短暂减功率和持续 减功率) ；4 ) 励磁控制；5 ) 串联和并联补偿装置的投切；6 ) 发电机解列；7 ) 直流联络线调节；8 ) 低周减载。 文献2 5 1 对于一般的稳定控制策略的研究进行了较全面的综述。目前， 现有的预防控制大多是针对单条线路过载或单个事件做出反应。经验证明，在 大多数情况下，仅仅采用一种控制措施对于大型互联电网是不能完全保证电力 系统稳定的。1 9 9 6 年美国西部大停电和2 0 0 3 年美加“8 1 4 ”大停电事故表明， 必须从整体考虑系统的可靠性，而不能仅从当地控制或单个控制措施分开来考 虑。互联电网紧急控制的主要目的是将紧急状态局部化和避免故障扩展到相邻 区域，这就需要综合和协调各种控制措施，形成一个集中和分层协调的紧急控 制系统j 。 1 2 2i - n d c 控制 直流输电系统也被看作是f a c t s 装置的一种，f a c t s 装置使电力系统具 有更加灵活的运行方式，同时也要求其控制器对这种灵活调控能力具有适应 性。直流系统的常规控制策略可以缓冲一侧交流系统对另一侧交流系统的扰 动，但是换流器是一个对频率不敏感的负荷，在交流系统经受扰动期间非但不 5 ，；，一 四川大学博士学位论文( 2 0 0 6 ) 型计算机的发展，先进的控制方法在电力系统控制中的应用研究已遍及了电力 系统的所有领域，直流输电系统的控制也不例外。目前，综合运用各种控制器 设计算法设计直流基本控制器或直流附加控制器以提高交直流混合互联系统 的稳定性。包括模糊控制、综合智能控制等在内的各种先进的控制方法在直流 输电的控制系统中的应用已经得到了深入的研究1 4 9 s 0 3 ，其中非线性控制鲁棒 自适应控制由于其广泛的适应性得到了极大的关注 s 7 - 6 3 1 文献p 6 运用特征根 灵敏度分析方法详细研究了直流系统的有功、无功调制控制对于阻尼系统低频 振荡的作用，进而提出了许多有益的结论。文献1 3 7 - 4 4 结合了模糊系统处理复 杂和不确定性问题及神经网络具有自学习能力的优点，利用整流侧交流母线电 压相位误差及其变化率作为模糊逻辑控制部分的输入，提出一种h v d c 在线 模糊神经控制器以提高交直流系统的暂态稳定性。文献【4 5 1 分析了区间振荡和 暂态能量函数的关系，通过削减系统的区间振荡暂态能量为控制目标来制定阻 尼控制策略，设计了高压直流( h v d c ) 模糊逻辑协调控制器，以提高交直流并 联电力系统动态稳定性水平。该控制方案不需要精确的模型参数，充分考虑 h v d c 系统整流侧直流电流调制和该侧发电机的励磁控制特性，通过模糊规 则去协调两个控制系统，实现对系统低频振荡的有效抑制。文献l 删采用最优 分散控制方法研究提高系统阻尼的直流附加控制器设计， 4 i 运用分散控制器 参数协调设计思想将系统中的p s s 与直流附加控制器协调设计，获得了较好 的阻尼效果。文献1 4 8 1 提出用根轨迹分析方法来确定直流附加控制器的最佳反 馈信号，再用h 。鲁棒控制算法设计逆变侧基本控制器。文献【4 9 l 基于直接反馈 线性化和h o o 控制理论研究了交直流联合输电系统中高压直流( h v d c ) 系 统的附加控制器的设计。文献【5 0 】借鉴有极点区域配置约束的混合h 2 h c o 问题 的l m i 解法，设计了h v d c 阻尼控制器用于阻尼低频振荡器，从而在运行条 件下向系统提供足够的阻尼。文献【1 9 i 以一个交直流平行两机系统为例，系统 地介绍了如何运用反馈线性化方法设计非线性直流附加控制器来提高互联电 力系统稳定性。文献研研对高压直流输电系统中，整流器侧定直流电流，逆变 器侧定直流电压控制的问题，为提高换流站的稳定性和防止换相失败，建立了 一个新的3 阶非仿射非线性控制模型，采用多变量非线性控制的逆系统方法， 设计了二输入二输出解耦的反馈线性化和二次型最优组合控制器。文献1 5 2 运 7 四川大学博士学位论文( 2 0 0 6 ) 用复转矩系数法与特征根法，对位于高压直流输电系统( h v d c ) 整流侧的汽 轮发电机组的次同步振荡( s s o ) 特性进行了研究。着重对整流站控制与逆变 站控制对汽轮发电机组的电气阻尼特性的影响进行了详细分析，并指出不同的 控制方式与运行条件对次同步振荡特性的影响有显著差别，特别对于a c d c 并联系统，逆变侧交流系统的强度对发电机组的电气阻尼特性有较大的影响。 当逆交侧交流系统较弱时，逆变站两种基本控制方式( 即定电压控制、定熄弧 角控制) 对电气阻尼的作用差别甚大，逆变站采用定熄弧角控制时更易激发低 频振荡。文献【5 3 】以能有效地反映区域间的低频振荡信息的不同区域电压相角 差作为输入信一号提出了一种基于p m u 的直流附加控制器以改善系统阻尼， 同时研究了通信延迟对系统阻尼的影响，并考察了控制器的鲁棒性。文献f 3 6 l 以时域仿真手段来研究交直流平行系统的稳定问题，在分析了基本直流控制可 能带来的功角、电压不稳定因素之后提出附加控制提高交直流平行系统稳定性 的方法。文献瞰】提出利用直流功率调制实现故障回路原有的直流功率向其它 回路转移的紧急转移控制器，从而有效提高两侧交流系统的安全稳定性。另有 大量文献 5 5 5 8 1 给出了实际工程中为提高交流系统稳定性而设置的直流附加控 制环节( 直流调制) 的组成结构以及对整个系统产生的影响情况。 1 2 3 交直流混合互联电力系统的分散协调控制 由于电力系统在地理位置上分布广泛，各控制站之间实时信息交换成本 高，通常难以实现集中控制，比较好的方法是按照实际控制站的地理位置进行 分散控制。分散控制是在大系统理论的研究中提出的区别于传统集中控制的概 念，要求在大系统中限定各局部控制器只反馈本地可观测量，同时使系统的总 体性能达到一定的指标。与集中控制