基于柔性直流的輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制

孫道兵

(合肥濱湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電與汽車工程學(xué)院, 安徽 合肥 230601)

0 引言

輸配電開關(guān)器是輸電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵部件,在進(jìn)行柔性直流輸電過(guò)程中,需要進(jìn)行輸配電開關(guān)器的自動(dòng)化控制. 結(jié)合輸配電開關(guān)器輸出狀態(tài)分布特性,進(jìn)行輸配電開關(guān)器的輸出穩(wěn)態(tài)參數(shù)識(shí)別和信息融合,可以提高輸配電開關(guān)器的控制能力. 優(yōu)化柔性直流輸電質(zhì)量，在研究輸配電開關(guān)器優(yōu)化控制方法方面具有重要意義[1]. 相關(guān)的輸配電開關(guān)器的自動(dòng)化控制方法研究受到人們的極大關(guān)注．對(duì)輸配電開關(guān)器的柔性直流自動(dòng)化控制是建立在對(duì)輸配電開關(guān)器的輸出狀態(tài)參數(shù)識(shí)別基礎(chǔ)上,通過(guò)建立輸配電開關(guān)器控制約束參數(shù)模型,在低開關(guān)頻率模式下進(jìn)行直流振蕩抑制,提高輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制能力[2]．

本文提出基于柔性直流的輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制方法．采用融合性參數(shù)估計(jì)方法進(jìn)行輸配電開關(guān)器的輸出參數(shù)識(shí)別,建立輸配電開關(guān)器的魯棒性特征分析模型,采用柔性直流分析方法,進(jìn)行輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制的阻尼衰減調(diào)節(jié),最后進(jìn)行仿真測(cè)試分析,得出有效性結(jié)論．

1 控制參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)模型及特征分析

1.1 輸配電開關(guān)器控制參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)

為了實(shí)現(xiàn)輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制建立柔性直流的輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制的參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)模型,采用融合性特征分析方法,進(jìn)行柔性直流的輸配電開關(guān)器輸出轉(zhuǎn)換控制[3],得到模糊控制參數(shù)集為:

(1)

其中kr為小信號(hào)直流阻抗;ρa(bǔ)ir為分布直流電纜參數(shù);Cf為電阻器的轉(zhuǎn)換系數(shù).負(fù)載變換器的控制參數(shù)為:

(2)

考慮到柔性直流的輸配電開關(guān)器增益,得到:

(3)

柔性直流的輸配電開關(guān)器的輸出轉(zhuǎn)矩為:

(4)

在開關(guān)器的輸出端串聯(lián)以增加直流側(cè)電壓,得到非線性反饋模型為:

(5)

式中,α1,α2,δ1,δ2,b0是正阻尼重構(gòu)穩(wěn)定參數(shù);kp,kd是比例系數(shù)和微分系數(shù)．

根據(jù)上述分析,可以建立基于柔性直流的輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制[4]．

1.2 柔性直流的輸配電開關(guān)器參數(shù)融合

采用融合性參數(shù)估計(jì)方法進(jìn)行輸配電開關(guān)器的輸出參數(shù)識(shí)別,建立輸配電開關(guān)器的魯棒性特征分析模型[5],輸配電開關(guān)器的魯棒性特征量表示為:

(6)

采用虛擬電阻控制的方法,得到模糊度矩陣:

(7)

(8)

經(jīng)過(guò)總的直流儲(chǔ)能電容分布,得到柔性直流的輸配電開關(guān)器增益:

(9)

在上述公式中,已經(jīng)解除了輸入?yún)?shù)的耦合．采用虛擬電阻穩(wěn)定控制方法,進(jìn)行振蕩尖峰抑制,采用柔性直流分析方法進(jìn)行開關(guān)器的自動(dòng)化控制[6]．

2 柔性直流的輸配電開關(guān)器控制優(yōu)化

2.1 柔性直流正阻尼參數(shù)調(diào)節(jié)

采用融合性參數(shù)估計(jì)方法進(jìn)行輸配電開關(guān)器的輸出參數(shù)識(shí)別[7],建立輸配電開關(guān)器的魯棒性特征分析模型,輸配電開關(guān)器的輸出xj表述數(shù)輸配電開關(guān)器傳動(dòng)矢量,每個(gè)變量的小信號(hào)擾動(dòng)函數(shù)為:

xj(k)=f(uj(t))

(10)

考慮輸配電開關(guān)器直流參考電壓udc,進(jìn)行輸配電開關(guān)器的側(cè)能量調(diào)節(jié),得到輸出參數(shù)eu,直流電纜輸出參數(shù)表達(dá)式為:

(11)

考慮到控制帶寬和直流電纜的輸出穩(wěn)定性,在采樣時(shí)刻k,同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流控制函數(shù):

neti(k)=ri(k),i=1,2

(12)

為保持直流振蕩頻率下的等效阻抗為正,得到輸配電開關(guān)器的魯棒狀態(tài)為:

ui(k)=neti(k) ,i=1,2

(13)

低開關(guān)頻率模式下,輸配電開關(guān)器的模糊度函數(shù)為:

(14)

通過(guò)狀態(tài)變量可以重寫為穩(wěn)態(tài)值,采用自適應(yīng)算法在線調(diào)整權(quán)值,取:

(15)

輸配電開關(guān)器的輸出功率增益最大化:

(16)

式中,w′(n0)為n0時(shí)輸配電開關(guān)器的輸出電動(dòng)勢(shì)幅值流,η′為整流站直流側(cè)電壓環(huán)．由此構(gòu)建柔性直流的輸配電開關(guān)器參數(shù)融合模型[8],得到3種狀態(tài)下的功率溫度關(guān)系曲線(圖1)．

圖1 功率溫度關(guān)系曲線

2.2 輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制輸出

建立輸配電開關(guān)器的魯棒性特征分析模型,采用正阻尼參數(shù)調(diào)節(jié)方法,進(jìn)行輸配電開關(guān)器的系統(tǒng)振蕩調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性控制,電磁轉(zhuǎn)矩表示為:

(17)

基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系分析模型,得到輸入電流環(huán)和直流輸出電流的關(guān)系為:

(18)

其中,Y(s)為輸配電開關(guān)器的控制參數(shù),R(s)為各子模塊交流輸入電流參數(shù),得到輸出轉(zhuǎn)矩為:

(19)

每個(gè)子模塊電壓分配的電壓參考等于vdcr/n,建立輸入交流電流環(huán)的小信號(hào)模型[9],得到輸出子模塊的交流特征為:

H(s)+Y(s)=Gm(s)U(s)

(20)

計(jì)算整流站直流側(cè)電壓環(huán),采用柔性直流分析方法,進(jìn)行輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制的阻尼衰減調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制優(yōu)化[10]．

3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文方法在實(shí)現(xiàn)輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制的應(yīng)用性能,進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析,設(shè)定系統(tǒng)阻尼衰減為12 dB,振蕩尖峰幅值為24 kV, 輸出電壓設(shè)置為2 kV, Cline為30 km. 根據(jù)上述仿真參數(shù)設(shè)定,進(jìn)行輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制,得到輸出轉(zhuǎn)速控制結(jié)果(圖2)．從圖2中可以看出,采用本文方法進(jìn)行輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制的輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較好. 同時(shí)測(cè)試在柔性直流下的控制穩(wěn)定性曲線,得到輸出轉(zhuǎn)速控制結(jié)果(圖3)．從圖3中可以看出,本文方法進(jìn)行輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制的輸出穩(wěn)定性較好,對(duì)輸出電壓出現(xiàn)明顯振蕩的抑制能力較好．

圖2 輸出轉(zhuǎn)速控制仿真曲線 圖3 柔性直流下的控制曲線

4 結(jié)語(yǔ)

提出了基于柔性直流的輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制方法．建立柔性直流的輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制的參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)模型,在低開關(guān)頻率模式下進(jìn)行直流振蕩抑制,提高輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制能力．采用融合性參數(shù)估計(jì)方法進(jìn)行輸配電開關(guān)器的輸出參數(shù)識(shí)別,建立輸配電開關(guān)器的魯棒性特征分析模型；采用正阻尼參數(shù)調(diào)節(jié)方法,進(jìn)行輸配電開關(guān)器的系統(tǒng)振蕩調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性控制；采用虛擬電阻穩(wěn)定控制方法,進(jìn)行振蕩尖峰抑制；采用柔性直流分析方法,進(jìn)行輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制的阻尼衰減調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制優(yōu)化．仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用本文方法進(jìn)行輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制的穩(wěn)定性較好,輸出魯棒性較強(qiáng),可以提高輸配電開關(guān)器自動(dòng)化控制能力．