复杂运行条件下交直流系统运行特性建模及控制方法研究

复杂运行条件下交直流系统运行特性建模及控制方法研究随着绿色可再生能源在现代电力系统中的渗透率不断提高,它给现代电网带来诸多优势的同时也对其安全稳定运行提出了挑战。由于我国大规模可再生能源特别是风力发电一般处在内陆西北地区,然而电力消耗大户处在东部与东南沿海地区,因此实施“西电东送、南北互补、全国互联”的发展战略是我国目前能源分布的客观要求,大容量、长距离输电方式将是我国输电的主要发展方向。随着我国电网规模不断扩大与可再生能源发电渗透率的增加,电力系统安全运行的难度高而且控制系统相当复杂,因此保障电网安全高效运行是现代电力系统发展的主要目标之一。本文主要以复杂运行条件下交直流系统安全运行建模及控制关键技术为研究目标,从建模方法、理论分析、仿真验证进行了全面、深入的研究,所获得的主要结论与主要成果如下：1.提出了一种大扰动条件下交直流系统Markov切换模型及非线性控制策略。虽然交直流系统的附加调制功能可以明显改善系统的稳定性,但是远方反馈信息不健全和时滞的影响,严重降低了控制器的控制性能和系统安全稳定性。考虑交直流混联系统的复杂动态交互行为与广域测量系统的时变时滞特性,利用全状态反馈线性化与反推控制理论,建立交直流混联系统的实时运行状态的Markov切换时滞控制模型。基于自由权矩阵推导了部分概率转移矩阵未知条件下对时滞不敏感的非线性控制策略,并设计了非线性Markov切换控制器。利用PSCAD/EMTDC搭建了交直流系统的控制模型,验证了所提出的基于Markov切换模型的非线性控制策略的有效性及鲁棒性。2.提出了一种大规模风电并网运行条件下柔性直流输电的建模及改进控制方法。由于柔性直流系统各输电通道距离不一致以及直流线路本身电阻较大,导致远距离、大容量直流输电铜耗较大。为了实现整个系统铜耗最小的站间协调控制,构建考虑本地负荷与未考虑本地负荷时直流电压下垂系数的计算方法,提出一种改进的直流电压下垂控制策略。引入换流站容量可调空间,使得各换流站“量力而行”地参与下垂控制功率调整。利用PSCAD/EMTDC建立四端直流系统的详细模型,仿真分析了直流输电系统在正常运行、换流站退出运行以及换流站三相短路故障等工况下的运行特性,并验证了所提出稳定控制策略的有效性。3.提出了一种静止αβ坐标系下柔性直流输电系统的比例积分-谐振proportionalintegral-resonant(PI-R)电流控制器,无需电流相序分解而实现换流器的正序、负序电流调节控制。建立了不平衡电网电压条件下柔性直流输电整流侧换流器的数学模型,讨论了电流负序分量对有功与无功功率2倍频脉动影响。提出了3种可供选择的整流侧换流器的控制目标,在正向旋转坐标系下计算出各序电流的指令值,并设计相应的柔性直流输电系统不平衡谐振控制策略。利用PSCAD/EMTDC建立了柔性直流输电的详细控制模型,验证了所提出的PI-R电流控制方案的稳态与动态控制性能。4.提出了一种不平衡电网电压条件下柔性直流输电建模方法及功率补偿控制策略。采用对称分量法建立了不平衡电网电压条件下考虑零序通道后柔性直流输电系统的数学模型,分析了零序电流与直流输电系统有功、无功功率的关系。在电流内环控制环节设计了主控制器和辅助控制器,其中主控制器主要用于电网电压正常情况下的整流器控制或者故障情况下直流分量的控制,辅助控制器主要用于电网电压不平衡情况下对功率2倍频脉动的直接谐振补偿。最后,利用PSCAD/EMTDC搭建电网电压不平衡条件下的谐振控制模型,分别验证了直接功率谐振控制算法的稳态性能与动态性能的有效性。5.提出了一种考虑风光荷联合作用下的电力系统经济运行建模方法。在现有随机因素影响下电力系统的安全经济运行方法的基础上,通过引入风力发电与光伏发电输出功率以及负荷预测偏差的概率分布,并考虑各种随机因素之间的关联性,构建了风、光、荷的联合概率密度函数。建立了2种典型运行方式下失负荷风险约束和经济调度模型,该模型采用失负荷损失量约束取代一般调度模型的失负荷风险约束。利用改进的α-超分位数方法,采用蒙特卡罗模拟和解析法相结合进行仿真