CN102801178A - 一种频域分析中直流输电的附加控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种频域分析中直流输电的附加控制方法，包括以下步骤：1）根据不同的系统阻尼控制需求确定附加控制器的安装地点、附加控制器的调制输入信号及附加控制器的调制输出信号；2）根据不同的系统需求确定附加控制器的传递结构；3）建立附加控制器模型，并对直流输电的附加控制器模型进行效果验证。能够很好的克服交直流混合电力系统交流系统低频振荡抑制性能差的问题。

Description

一种频域分析中直流输电的附加控制方法
技术领域
本发明属于交直流互联电力系统安全稳定控制的技术领域，特别涉及一种频域分析中直流输电的附加控制方法。
背景技术
互联电力大系统是解决能源和负荷分布不均的主要方针，也是国际、国内电力系统技术发展的大势所趋。高压直流（High Voltage Direct Current，缩写为HVDC）输电技术因其在远距离大容量输电及交流系统间的异步联网中，具有线路造价低、功率损耗小和功率调节迅速灵活等方面的优势，越来越多地应用到大区电网互联工程当中。互联电力大系统中的交直流混合电网区域间的低频振荡问题已经成为危及电网安全运行、制约电网传输能力的主要因素之一。目前，除电力系统稳定器（Power System Stabilizer，缩写为PSS）之外，利用直流输电系统快速的功率调节能力和强大的过载能力可以为有效地抑制电网区域间的功率振荡提供有力手段，提高交直流混合电力系统的功率传输能力，增强互联电网的动态稳定性。
采用交直流并列运行的输电系统，在直流系统的基本控制方式（定电流或定功率）下，当交流系统发生扰动时，直流系统不能流过有助于交流系统稳定的同步功率。实际上，对交流系统来说，换流器是一个对频率不敏感的负荷，使它对系统摇摆产生负阻尼；而且，在系统摇摆期间，由于吸收过量无功功率而可能造成电压崩溃。因而通常需要安装附加控制器以拓宽直流系统的可控性，提高交流系统的动态性能。
直流附加控制是指利用直流输电系统所连接的交流系统中的某些运行参数的变化，对直流功率或直流电流、直流电压、换流器吸收的无功功率进行自动调控，以充分发挥直流系统的快速可控性，来改善交流系统的运行性能。调制信号可以是频率、电压幅值及相角、线路潮流等。调制功能决定于系统特性及需求，常用的调制功能有紧急功率支援、无功功率控制、频率控制、阻尼控制、功率调制等。
采用直流附加控制器抑制交直流混合电力系统低频振荡时，需要对直流附加控制器结构及参数进行合理的设计。附加控制器的安装地点、控制方式、调制信号的适当选择和调制规律的设计，需要根据交流系统的实际运行方式和直流系统的实际状态，利用相应的软件，通过仔细的计算分析研究和大量的实验才能得到。
发明内容
本发明提出一种频域分析中直流输电的附加控制方法，以解决交直流混合电力系统中交流系统低频振荡阻尼性能差的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种频域分析中直流输电的附加控制方法，包括以下步骤：
1）根据不同的系统阻尼控制需求确定附加控制器的安装地点、附加控制器的调制输入信号及附加控制器的调制输出信号；
2）根据不同的系统需求确定附加控制器的传递结构；
3）建立附加控制器模型，并对直流输电的附加控制器模型进行效果验证。
步骤1）所述附加控制器安装地点根据系统低频振荡模式模态的可控性指标确定；所述附加控制器安装地点为可控性指标参数值大的直流系统状态参与量所在侧。
所述可控性指标参数值大的直流系统状态参与量所在侧为整流侧或逆变侧。
步骤1）所述附加控制器调制输入信号根据系统低频振荡模式模态的可观性指标确定；所述附加控制器调制输入信号根据可观性指标参数值大的系统变量。
所述附加控制器调制输入信号可为母线电压幅值及相角、线路电流、功率、频率中的任一种或多种。附加控制器可同时采集多个调制信号作为输入。
步骤1）所述附加控制器调制输出信号根据所运行的直流系统的基本控制方式及控制器安装位置确定；附加控制器调制输出信号可为电流调制量、功率调制量或熄弧角调制量。
其中当附加控制器安装在直流系统整流侧时，若直流主控系统为定电流运行，则调制量输出信号选为电流调制量；若直流主控系统为定功率运行，则调制量输出信号选为电流调制量或功率调制量。当附加控制器在直流系统逆变侧时，则控制器调制量输出信号可选为熄弧角调制量。
步骤2）所述附加控制器的传递结构包括滞后+比例、超前滞后+比例、PID或隔直中任一种或多种组合。
本发明设计好整个直流附加控制器后，需要对直流附加控制器抑制低频振荡效果进行检验。在小干扰稳定分析软件平台上搭建好所设计的附加控制器模型，利用固定或自定义的附加控制建模，对整个电力系统进行小干扰稳定性的特征值分析，以检验控制器对低频振荡模式的抑制效果。
有益效果：根据直流系统对系统振荡模式的可控性，通过选择合理的直流附加控制器结构及控制参数、反馈信号，可以有效提高系统相关弱阻尼模式的阻尼，提高系统安全稳定运行水平。
附图说明
图1是滞后及比例环节传递函数框图；
图2是超前滞后及比例环节传递函数框图；
图3是PID环节传递函数框图；
图4是隔直环节传递函数框图；
图5是附加控制器组合示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种用于频域分析中直流输电的附加控制器设计方法，包括以下步骤：
1）根据不同的系统阻尼控制需求确定附加控制器的安装地点、附加控制器的调制输入信号及附加控制器的调制输出信号；
2）根据不同的系统需求确定附加控制器的传递结构；
3）建立附加控制器模型，并对直流输电的附加控制器模型进行效果验证。
实施例一
在本实施例中，附加控制器的安装地点为直流系统整流侧，附加控制器的调制输入信号为母线频差，并其直流主控系统为定功率运行，所以附加控制器调制输出信号为功率调制量。附加控制器的传递结构采用如图1所示的“滞后+比例”环节，其比例传递系数为K，根据输入的扰动信号大小，通过仿真验算确定。由于在信号测量过程中存在一定的延时，因此，在采集信号的过程中通常需要经过一个惯性环节来反应信号采集的滞后性，采用传递函数                                                
Figure 215298DEST_PATH_IMAGE002
表示，时间常数取值根据所测信号的不同也会有所不同，可取0.03~0.05S。对于采集的输入信号，为滤除其中低频变化量，可在采入信号后增加一隔直环节，其作用是在去除信号中的直流分量的同时使得高频的信号得以通过；隔直环节的传递函数为，时间常数
Figure 974492DEST_PATH_IMAGE006
一般在1～20s之间。所得的附加控制器的函数为
Figure 369702DEST_PATH_IMAGE008
。
继而采用小干扰稳定分析软件进行计算分析，对所设计得到的直流附加控制器进行效果验证；其效果为可使系统中存在的一个或多个振荡模式的阻尼得到提高，同时对系统的暂态稳定性也得到一定程度的改善。如使系统振模式Ⅰ的阻尼从0.0635提高到0.0783，系统振荡模式Ⅱ的阻尼从0.546提高到0.0743。
实施例二
在本实施例中，附加控制器的安装地点为直流系统逆变侧，附加控制器的调制输入信号为线路电流，并其直流主控系统为定功率运行，所以附加控制器调制输出信号为熄弧角调制量。附加控制器的传递结构采用如图5所示的“PID”环节，其传递函数为
Figure 997123DEST_PATH_IMAGE010
。由于在信号测量过程中存在一定的延时，因此，在采集信号的过程中通常需要经过一个惯性环节来反应信号采集的滞后性，采用传递函数
Figure 2012102528427100002DEST_PATH_IMAGE011
表示，时间常数取值根据所测信号的不同也会有所不同。对于采集的输入信号，为滤除其中低频变化量，可在采入信号后增加一隔直环节，其作用是在去除信号中的直流分量的同时使得高频的信号得以通过；隔直环节的传递函数为
Figure 881903DEST_PATH_IMAGE004
，时间常数一般在1～20s之间。所得的附加控制器的函数为
Figure 2012102528427100002DEST_PATH_IMAGE013
。
 
继而采用小干扰稳定分析软件进行计算分析，对所设计得到的直流附加控制器进行效果验证；其效果为可使系统中存在的一个或多个振荡模式的阻尼得到提高，同时对系统的暂态稳定性也得到一定程度的改善；如使某系统振模式Ⅰ的阻尼从0.0635提高到0.126。
本发明的主要思路是：在附加控制器设计过程中，根据不同的设计需求，能够对附加控制器的调制信号输入与调制量输出进行多类型与多数目的选择与组合，附加控制器的传递结构可由各种典型的控制环节自由组合而成。为配合该方法的实施，在小干扰稳定分析软件SSAP（Small signal analysis package）中实现了自定义直流附加控制器的建模功能。能够灵活设计并研究各种附加控制器，满足不同直流附加控制规律提高系统低频振荡阻尼的研究需要。在设计好整个直流附加控制器结构后，需要对控制器抑制低频振荡效果进行检验。在小干扰稳定分析软件平台上搭建好所设计的附加控制器模型，利用自定义的附加控制建模，对整个电力系统进行小干扰稳定线性化建模及特征值分析，以检验控制器对低频振荡的抑制效果。

Claims (7)

1.一种频域分析中直流输电的附加控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1）根据不同的系统阻尼控制需求确定附加控制器的安装地点、附加控制器的调制输入信号及附加控制器的调制输出信号；
2）根据不同的系统需求确定附加控制器的传递结构；
3）建立附加控制器模型，并对直流输电的附加控制器模型进行效果验证。
2.根据权利要求1所述频域分析中直流输电的附加控制方法，其特征在于步骤1）所述附加控制器安装地点根据系统低频振荡模式模态的可控性指标确定；所述附加控制器安装地点为可控性指标参数值大的直流系统状态参与量所在侧。
3.根据权利要求2所述频域分析中直流输电的附加控制方法，其特征在于所述可控性指标参数值大的直流系统状态参与量所在侧为整流侧或逆变侧。
4.根据权利要求1所述频域分析中直流输电的附加控制方法，其特征在于步骤1）所述附加控制器调制输入信号根据系统低频振荡模式模态的可观性指标确定；所述附加控制器调制输入信号根据可观性指标参数值大的系统变量。
5.根据权利要求4所述频域分析中直流输电的附加控制方法，其特征在于所述附加控制器调制输入信号可为母线电压幅值及相角、线路电流、有功功率、无功功率、频率中的任一种或多种。
6.根据权利要求1所述频域分析中直流输电的附加控制方法，其特征在于步骤1）所述附加控制器调制输出信号根据所运行的直流系统的基本控制方式及控制器安装位置确定；附加控制器调制输出信号为电流调制量、电流调制量或功率调制量、或熄弧角调制量。
7.根据权利要求1所述频域分析中直流输电的附加控制方法，其特征在于步骤2）所述附加控制器的传递结构包括滞后+比例、超前滞后+比例、PID或隔直中任一种或多种组合。
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