現(xiàn)代控制技術在高壓直流輸電系統(tǒng)中的應用價值分析

尹華

摘 要：直流輸電系統(tǒng)也稱HVDC，對于電力系統(tǒng)的安全運行來說，直流輸電系統(tǒng)對其有著深遠的影響，直流輸電系統(tǒng)的控制問題好壞，直接會影響整個電網(wǎng)運行得穩(wěn)定性，但是如果要想讓直流輸電系統(tǒng)的性能更好的話，就需要先進的控制技術來提高系統(tǒng)的性能，因為直流輸電系統(tǒng)本身具有一定的強非線性特性。本文分析了現(xiàn)代控制技術在高壓直流輸電系統(tǒng)中的應用價值，并且在總結傳統(tǒng)控制策略的基礎上分析了現(xiàn)代各種算法的優(yōu)勢和缺陷。

關鍵詞：現(xiàn)代控制技術 高壓直流輸電系統(tǒng) 應用價值

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（a）-00-02

我國電力能源發(fā)展有兩大重要戰(zhàn)略步驟，一是西電東送；二是區(qū)域聯(lián)網(wǎng)。直流輸電系統(tǒng)是非常理想的遠距離大功率輸電方式，因為直流輸電系統(tǒng)有著很大的優(yōu)點，優(yōu)點一是直流輸電系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)非常迅速，并且非常靈活；二是輸電距離比較方便，因為直流輸電系統(tǒng)的輸電距離是不受同步運行的穩(wěn)定性限制的，對于整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行來說，直流輸電系統(tǒng)都有著非常大的影響。直流輸電系統(tǒng)能夠快速調(diào)節(jié)用電功率，并且有一定的過載能力，如果能夠充分發(fā)揮直流輸電系統(tǒng)的這兩個優(yōu)點的話，那么很有可能就可以提高交流系統(tǒng)的用電穩(wěn)定性，以及抑制交流系統(tǒng)在運輸電能的過程中的震蕩性。但是如果想要發(fā)揮出直流系統(tǒng)的這兩個優(yōu)點的話，就必須要采用先進的控制技術，發(fā)揮系統(tǒng)的穩(wěn)定性及靈活性。針對直流輸電系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活，響應速度快的特點，必須提高控制系統(tǒng)的對交流參數(shù)變動和擾動的魯棒性和適應性?，F(xiàn)如今，天廣直流線路以及三廣直流線路都已經(jīng)投入到了運行當中，多條直流輸電線路和交流輸電線路并列運行的情況已經(jīng)出現(xiàn)在了南方電網(wǎng)的用電運行當中。在2015年時，南方電網(wǎng)的直流輸電線路已經(jīng)達到了七條，我相信隨著時間的發(fā)展，現(xiàn)代控制技術在高壓直流輸電系統(tǒng)當中的應用價值會越來越高，并且現(xiàn)代控制技術會有更廣闊的發(fā)展空間[1]。

1 常規(guī)控制直流輸電系統(tǒng)的策略

整流和逆變部分共同構成高壓直流輸電系統(tǒng)，其中間部分是由直流輸電線路連接的，其內(nèi)部的可控變量有3個部分：一是兩側換流器的觸發(fā)導通角；二是換流變壓器中間抽頭位置；三是無功補償裝置的投切控制。

一般傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)的控制方式都是以定電流調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)為基礎的控制，這個控制原理是去改變電流和電壓的整定值，然后就能夠獲得換流器導通角的信號，發(fā)出觸發(fā)脈沖以實現(xiàn)預期的效果。在整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，如果想要滿足輸送一定功率的要求的話，可以在整流側采用定直流電流控制，在逆變器采用定熄弧角控制。除此之外，針對不同的情況，還可以采取不同的控制方式，有許多控制方式是可以去選擇的，比方說整流測最小觸發(fā)角控制以及逆變測定直流電流控制等，這些情況都是在整個系統(tǒng)的運行非常穩(wěn)定，或者是誤差比較小的情況下才可以使用的，因為這樣的控制策略一般情況下可以滿足需求，可以讓系統(tǒng)穩(wěn)定的運行。但是，雖然這樣的控制方法非常好，正所謂人無完人，這樣的方法也是有著自己不足的地方的，其不足方面可以概括為以下4點：第一，在系統(tǒng)的運行狀態(tài)不夠穩(wěn)定，或者是出現(xiàn)比較大的擾動時調(diào)節(jié)策略可能不能夠保障整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。第二，直流輸電系統(tǒng)的輸電運行地理跨度比較大，輸電距離相對于普通輸電線路來說也比較長，因此直流輸電系統(tǒng)的兩端交流比較難，因為地理跨度大，所以很難進行信號的迅速對接，兩方協(xié)調(diào)比較困難，就造成整流側和逆變側相互協(xié)調(diào)不夠方便。第三，這種傳統(tǒng)的控制策略會導致直流輸電系統(tǒng)不能夠和發(fā)動機產(chǎn)生同步功率，所以，對交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有任何幫助。第四，功率的給定值是由上一級系統(tǒng)制定的，所以當整流側采用定功率控制時，整個響應系統(tǒng)會出現(xiàn)判斷和計算延遲的現(xiàn)象，而弱交流系統(tǒng)需要功率的快速反應以及支援，所以這對弱交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性幫助不是很大[2]。

針對上述所說的問題，研究人員經(jīng)過長時間的研究，決定將現(xiàn)代控制方法應用于高壓直流輸電系統(tǒng)當中，早期的科研人員采用的是最優(yōu)控制以及自適應控制等現(xiàn)代控制方法。其實在20世紀70年代的時候，科研人員已經(jīng)將最優(yōu)控制方法應用于高壓直流輸電系統(tǒng)當中，在高壓直流輸電系統(tǒng)當中使用最優(yōu)控制策略，可以給系統(tǒng)運行一個最優(yōu)控制方法，但是此方法也有自己的弊端，就是這種方法的工作點不能出現(xiàn)變化，一旦這種方法的工作點出現(xiàn)大的變化或者擾動時，就不能夠保證系統(tǒng)的性能。本文將針對直流輸電系統(tǒng)的強非線性，以及現(xiàn)代控制技術在直流輸電系統(tǒng)當中的應用和筆者自己的工作經(jīng)驗，給予筆者自己的一些觀點。

2 直流輸電系統(tǒng)的現(xiàn)代控制策略——在直流輸電系統(tǒng)中應用非線性控制

盧強等人經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)將非線性控制應用在電力系統(tǒng)當中是一個非常可行，并且有效的方法，不僅如此，他們還將微分幾何的方法應用于hvdc系統(tǒng)當中，自從發(fā)現(xiàn)可以將非線性控制應用在電力系統(tǒng)當中以后，國內(nèi)外許多學者都對非線性控制在電力系統(tǒng)當中的應用進行了大量的研究。各學者通過研究發(fā)現(xiàn)，將非線性控制運用在直流輸電系統(tǒng)當中能夠獲得非常好的動態(tài)性能，使整個系統(tǒng)的性能提高到一個新的水平。在前文當中介紹的，在直流輸電系統(tǒng)當中運用的控制方法都有著自己不可避免的弊端，比如說無法控制工作點變化，以及距離問題，但是將非線性控制，運用到直流輸電系統(tǒng)當中可以很好的克服這種問題。非線性控制可以很好的克服傳統(tǒng)控制方法中的工作點變化或大擾動情況對系統(tǒng)控制的影響，hvdc本身就是一種非常典型的非線性系統(tǒng)，因此，在hvdc當中運用非線性控制，對整個系統(tǒng)而言是非常有效的。將非線性控制運用在hvdc當中，可以更簡單的設計出控制器，并且整個hvdc系統(tǒng)當中有很多不確定因素，而非線性控制可以很簡單的解決系統(tǒng)模型當中這些不確定因素[3]。

3 結語

hvdc系統(tǒng)的研究一直是工程界關注的一個重點的問題，因為hvdc系統(tǒng)是非常典型的非線性復雜系統(tǒng)，所以國內(nèi)外的學者一直對這個系統(tǒng)在進行深入研究，各位學者都希望能夠通過現(xiàn)代控制技術使hvdc系統(tǒng)得到一個更好的發(fā)展。從目前現(xiàn)有的結果來看，可以發(fā)現(xiàn)已經(jīng)對單直流輸電系統(tǒng)和交直流混合輸電系統(tǒng)有了非常深入的研究，并且已經(jīng)將這些輸電系統(tǒng)與現(xiàn)代控制技術進行了有效結合，比如說非線性控制，自適應控制等。從實驗當中也可以發(fā)現(xiàn)這樣的結合可以使整個hvdc系統(tǒng)獲得更好的控制性能，雖然有很多研究現(xiàn)在還沒有真正投入到使用當中，雖然他們目前還處于在實驗室研究的階段，但是從研究當中就可以發(fā)現(xiàn)，一旦將這些現(xiàn)代控制技術結合到直流輸電系統(tǒng)當中，可以為直流輸電系統(tǒng)的安全性再加一層保障，因為將現(xiàn)代控制技術運用到直流輸電系統(tǒng)當中可以使整個輸電系統(tǒng)的運行變得更加穩(wěn)定。筆者認為我國的科研工作人員，應該利用現(xiàn)有的技術已及現(xiàn)有的條件，將科學研究工作與具體的對象進行緊密的結合，提高整個研究水平，我相信在不久的將來，現(xiàn)代控制技術一定能夠更好地應用于直流輸電系統(tǒng)當中。

參考文獻

[1] AlvesJ ER， PilbttL AS， Watanabe EH. A dap tive D igital Controller Applied t）HVDC Transm ission[J].IEEE Trans on Power Delivery，1993，8（4）：1851-1859.

[2] 盧強，孫元章.電力系統(tǒng)非線性控制[M].北京：科學出版社，1993.

[3] 李興源，劉紅超，邱曉燕，等.改善暫態(tài)穩(wěn)定性的 HVDC非線性控制策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2002，26（14）：15-19.