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课程论文
课程名称： 柔性交流输电系统的原理与应用 学 院： 电 工学院 专 业：电气工程及其自动化 姓 名： 卢人杰 学 号：070804110166 年 级： 2007级 任课教师: 邹晓松 袁旭峰 联系电话：13158023166 2011年1月2 日
HVDC抑制低频振荡技术研究
摘要： 发电厂产生的电是交流电（AC）；大多数输电线路——无论是高压、中压还是低压配电网，传输的都是以每秒50或60个周期进行振荡的交流电；而最终到达用户端，即家庭、工厂和办公室的也是交流电。直流电不产生振荡，因此直流输电的电能损失较少。在直流输电系统中，交流电在换流站被转换为直流电，然后通过架空线缆传输至接收点。在接收点，另一个换流站将直流电转换为交流电并接入交流电网。
区域间的低频振荡成为限制区域联络线输送功率大小,影响互联电网安全稳定运行的主要因素之一。为了抑制区域间低频振荡问题 ,提出了基于滑模控制思想的 HVDC 模糊附加控制器设计方法。控制器采用广域信号作为反馈输入 ,基于李亚普莫夫稳定性定理由实时的广域信号确定滑模切换面 ,从而引入滑模控制理论作为模糊推理的依据 ,针对典型存在区域间振荡模式的系统在不同的工况下分析了该控制器的实用效果。特征值分析表明,在不同的运行工况下,系统区域间阻尼模式的阻尼都得到很大增强。通过非线性仿真的手段 ,验证了在不同的工作模式下,不同故障时控制器的动态性能,结果表明控制器均能发挥良好的附加阻尼效果。
关键词: 直流电 HVDC 附加控制 广域测量系统 滑模控制 模糊控制 区域间振荡模式
前言:随着我国电力工业的发展 ,长距离大容量交直流并联送电工程不断增加。电力系统中固有的小扰动稳定问题成为影响跨大区功率输送稳定性的重要因素之一。为了抑制这种振荡 ,提高电力系统的阻尼和稳定性 ,设置电力系统稳定器( PSS)是经济有效的方法[1,2]。ABB在1954年建成了世界上第一条HVDC输电线路，并承建了全球一半以上的HVDC项目。1997年，ABB建成了首条HVDC Light（轻型高压直流）输电线路。该技术一般采用地下或水下线路输电，它的出现为改善交流电网的供电质量提供了新的可能。
一，电力系统低频振荡
发电机的转子角、转速，以及相关电气量，如线路功率、母线电压等发生近似等幅或增幅的振荡，因振荡频率较低，一般在0.1－2.5Hz，故称为低频振荡。 低频振荡是随着电网互联而产生的。联网初期，同步发电机之间联系紧密，阻尼
绕组可产生足够的阻尼，低频振荡少有发生。随着电网互联规模的扩大，高放大倍数快速励磁技术的广泛采用，以及受经济性、环保等因素影响下电网的运行更加接近稳定极限，在世界各地许多电网陆续观察到低频振荡。大致可分为局部模式振荡和区域间模式振荡两种。一般来说，涉及机组越多、区域越广，则振荡频率越低。
一般认为，低频振荡是电力系统在遭受扰动后联络线上的功率摇摆。系统动态失稳是扰动后由于阻尼不足甚至是负阻尼引起的发散振荡导致的。失稳的因素主要是系统电气阻尼不足或缺乏合适的有功配合，通常是由以下几种扰动引发的：（1）切机；（2）输电线故障或保护误动；（3）断路器设备事故；（4）损失负荷。扰动现象一般要经历产生、传播、消散的过程，在传播过程中可能引起新的扰动，同时针对扰动的操作本身也是一种扰动。所以，这些情况往往不是孤立的，而是相互关联的，在时间、空间上呈现多重现象。这就是多重扰动存在的实际物理背景。持续恶化的互相作用最终将导致系统失稳、解列，形成大规模的停电事故。
二，滑模控制设计原理
滑模控制是变结构控制(VSS) 的一种控制策略 ,它与常规控制的根本区别在于控制的不连续性 ,即系统 “结构” 随时变化的开关特性。该控制特性可迫使系统在一定条件下沿规定的状态轨迹做小幅、高频率的上下运动,即进入滑动模态或 “滑模” 运动。预先设计好滑动模态后即规定了系统的运动轨迹 ,且与系统的参数和扰动无关[9]。滑模控制的一个主要应用是处理控制中的模型和参数不确定问题 ,在各种不确定因素存在的情况下该控制方法仍能保持系统的渐进稳定性 ,且不会影响控制效果等性能指标 ,对电力系统控制器设计十分有利。采用4机2区域系统作为测试系统(见图 1) ,其中L7 、 L9 为负荷。发电机模型采用详细模型 ,励磁系统采用快速励磁。假定负荷有功分量有恒电流特性 ,无功分量有恒阻抗特性。直流正常运行控方式为定功率控制:整流侧定电流控制 ,逆变侧定弧角控制。其中节点7的电容补偿容量分别为 325、 395 MVA。系统正运行时 ,从区域 1 到 2 的交换功率为 400 MW ,其直流联络线传输200MW。图1中从远方选取的适信号同步传输至控制中心 ,输入广域模糊滑模制器(WFSC)得到 HVDC功率调制信号。
图1 4 机 2 区域交直流系统
系统中任一台机组的运动状态方程组为: dδ / dt =ω,
dω / dt = ( Pm - Pe - D ω) / M ,
其中 ,δ、ω分别为发电机功角、 转速; Pe、Pm 分别机组的电磁功率、 机械功率。一般可作变量代换:x1 =δ-δ0 , x2 = d x1 / dt ,
可得: ? x1 = x2 ,
? x2 = ( - Dx 2 + Pm - Pe +γ ) / M ,
其中 ,γ为小扰动或者模型不确定性影响系数(设计过程中可用滑模控制考虑) ,设滑模控制的切换面S = Cx1 + x2 , C是描述切换面的常数,且 C >0。考虑系统的稳定性 ,构造一个李亚普诺夫函数:V = S2/ 2。 因在切换面邻域内式(1)是半正定的 ,且考虑滑动模态存在性条件:当系统处于滑模运动时( S ( x)= 0) ,需满足
,该条件等价于：
其中:
由式(2)得出 ,为了系统渐进稳
定 ,需满足下列条件: