[發(fā)明專利]一種針對(duì)于背靠背換流站的三段式控制策略

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011129728.6
• 申請(qǐng)日: 2020-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN112260304B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李衛(wèi)東;吳限;李梓鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/36
• 分類號(hào): H02J3/36;H02J3/24
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種針對(duì)于背靠背換流站的三段式控制策略，其特征在于，所述策略包括：

步驟1：建立背靠背直流互聯(lián)系統(tǒng)的兩區(qū)域三機(jī)組模型，將電力系統(tǒng)劃分為兩個(gè)研究系統(tǒng)，研究系統(tǒng)1為擾動(dòng)發(fā)生區(qū)，研究系統(tǒng)2為非擾動(dòng)發(fā)生區(qū)，其中研究系統(tǒng)1又進(jìn)一步劃分為子系統(tǒng)A和子系統(tǒng)B；所述擾動(dòng)發(fā)生區(qū)內(nèi)子系統(tǒng)A和子系統(tǒng)B通過交流聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行連接，背靠背換流站作為弱連接兩端研究系統(tǒng)的HVDC聯(lián)絡(luò)線，背靠背換流站的一端接于交流聯(lián)絡(luò)線中，背靠背換流站的另一端與系統(tǒng)2相連，子系統(tǒng)A，子系統(tǒng)B以及系統(tǒng)2內(nèi)均設(shè)置有相同的一組發(fā)電機(jī)組，其包括火電機(jī)組、水電機(jī)組、儲(chǔ)能設(shè)備和燃?xì)鈾C(jī)組；

步驟2：對(duì)于所述兩區(qū)域三機(jī)組模型中背靠背換流站進(jìn)行建模，根據(jù)聯(lián)絡(luò)線節(jié)點(diǎn)功率平衡方程推導(dǎo)得到背靠背換流站功率傳輸方程：

公式(1)、(2)分別表示子系統(tǒng)A、子系統(tǒng)B經(jīng)由交直流聯(lián)絡(luò)線傳輸功率狀態(tài)方程，ΔP_tieA為子系統(tǒng)A經(jīng)由交直流聯(lián)絡(luò)線傳輸功率，ΔP_tieB為子系統(tǒng)B經(jīng)由交直流聯(lián)絡(luò)線傳輸功率，Δf_1A為子系統(tǒng)A的頻率偏差信號(hào)，Δf_1B為子系統(tǒng)B的頻率偏差信號(hào)，其中系統(tǒng)2作為饋入端向系統(tǒng)1支援功率ΔP_2d；

公式中，定義D_abs為絕對(duì)電氣距離系數(shù)，其表示子系統(tǒng)A與子系統(tǒng)B的實(shí)際電氣距離，定義為相對(duì)電氣距離系數(shù)集，表示背靠背換流站與子系統(tǒng)A的相對(duì)電氣距離，表示背靠背換流站與子系統(tǒng)B的相對(duì)電氣距離；

步驟3：建立背靠背直流系統(tǒng)附加控制器模型，對(duì)兩側(cè)頻差信號(hào)分別通過主動(dòng)控制進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以擾動(dòng)系統(tǒng)1A和非擾動(dòng)系統(tǒng)2的頻差分別為主動(dòng)控制器1輸入量與主動(dòng)控制器2輸入量，所述主動(dòng)控制器1與主動(dòng)控制器2輸出量與直流功率控制器的輸入端相連；所述直流功率控制器的輸出端通過距離控制器與系統(tǒng)1的交流聯(lián)絡(luò)線相連且直接與系統(tǒng)2相連，距離控制器表示相對(duì)電氣距離集對(duì)于兩端系統(tǒng)的影響，表示背靠背換流站在交流聯(lián)絡(luò)線的具體連接位置；

步驟4：當(dāng)大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，將頻率響應(yīng)階段劃分為第一頻率下降階段、頻率到達(dá)頻率最低點(diǎn)后直到直流聯(lián)絡(luò)線功率第一次恢復(fù)到額定值的第一頻率恢復(fù)階段、直流聯(lián)絡(luò)線功率第一次恢復(fù)到額定值后的第二頻率恢復(fù)階段；對(duì)于第一頻率下降階段，主動(dòng)控制器所采用的算法為模型預(yù)測(cè)控制算法，模型預(yù)測(cè)控制算法的建模過程為：

步驟4.1：將所述兩區(qū)域三機(jī)組模型中子系統(tǒng)A、子系統(tǒng)B、系統(tǒng)2的各發(fā)電機(jī)組模型的傳遞函數(shù)模型轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間模型，得到的第i個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：

式中，x_i為狀態(tài)向量，u_i為控制向量，w_i為擾動(dòng)向量，y_i為輸出變量，A_i為狀態(tài)矩陣，B_i為控制矩陣，C_i為觀測(cè)矩陣，F(xiàn)_i為擾動(dòng)矩陣；

步驟4.2：將上述狀態(tài)空間模型進(jìn)行離散處理，得到離散化的線性方程組：

式中，A_id為離散狀態(tài)矩陣，B_id為離散控制矩陣，C_id為離散觀測(cè)矩陣，F(xiàn)_id為離散擾動(dòng)矩陣，x_i(k)為離散狀態(tài)向量，y_i(k+1)為離散控制目標(biāo)；

步驟4.3:根據(jù)模型預(yù)測(cè)算法原理，需要根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)向量x_i(k)以及方程(5)在預(yù)測(cè)時(shí)域?qū)﹄x散控制目標(biāo)y_i(k+N_p|k)進(jìn)行預(yù)測(cè)；

Y_i＝G_ix_i(k)+H_iu_i+P_iw_i (5)

式中，N_P為預(yù)測(cè)時(shí)域，表示從k時(shí)刻開始到未來n步的預(yù)測(cè)輸出y_i(k+N_p)逼近到期望值y_r(k+N_p)，N_u為控制時(shí)域，其表示每個(gè)預(yù)測(cè)時(shí)域中的控制量通過計(jì)算而改變的數(shù)目；

最后采用優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行求解，采用輸出的預(yù)測(cè)誤差的平方和控制量加權(quán)平方的二次型優(yōu)化指標(biāo)來設(shè)計(jì)控制器；在控制時(shí)域內(nèi)通過n元二次函數(shù)構(gòu)造二次性能最優(yōu)化函數(shù)求其最小值；

式中，U_i為當(dāng)前時(shí)刻待求的控制增量，Q是影響系統(tǒng)輸出的加權(quán)矩陣，R是影響誤差效果的加權(quán)矩陣，Y_r是期望輸出變量，Y_i是預(yù)測(cè)系統(tǒng)輸出量；

步驟5：頻率到達(dá)頻率最低點(diǎn)后直到直流聯(lián)絡(luò)線功率第一次恢復(fù)到額定值的第一頻率恢復(fù)階段，使用階梯化分階段恒功率模型：主動(dòng)控制器的輸入量以頻率第一下降階段最后采樣時(shí)刻t_end為基準(zhǔn)值，并采用n等分法依次改變下一時(shí)間間隔內(nèi)控制量的數(shù)值；其中n表示控制時(shí)間間隔個(gè)數(shù)，Δt表示時(shí)間間隔長度，參數(shù)取值范圍考慮到典型功率缺失場景下運(yùn)行狀態(tài)量以及頻率下降以及恢復(fù)階段總時(shí)長，通過計(jì)算得到相對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔以及時(shí)間間隔個(gè)數(shù)；

步驟6：直流聯(lián)絡(luò)線功率第一次恢復(fù)到額定值后的第二頻率恢復(fù)階段采用的主動(dòng)控制器為PI控制器。