【摘 要】
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随着电网发展对输电走廊和运行成本要求的提高,多端混合高压直流输电系统由于兼具常规直流大功率、成本低与柔性直流传输灵活、无换相失败的优势,已然成为科研领域着重发展的高精尖方向。然而,由于多端混合高压直流输电系统中换流站与控制器数量众多,导致控制参数优化与控制策略配置变得愈发复杂。而合适的控制参数与控制策略选取直接决定着直流系统的稳定、高效和可靠运行。为此,本文围绕多端混合高压直流输电系统控制参数及控
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(52077082)“计及换流站控制特性的多端混合直流线路故障分析与继电保护研究”; 企、事业单位委托项目(D9182190)“特高压多端混合直流控制参数设计与直流线路保护研究”
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随着电网发展对输电走廊和运行成本要求的提高,多端混合高压直流输电系统由于兼具常规直流大功率、成本低与柔性直流传输灵活、无换相失败的优势,已然成为科研领域着重发展的高精尖方向。然而,由于多端混合高压直流输电系统中换流站与控制器数量众多,导致控制参数优化与控制策略配置变得愈发复杂。而合适的控制参数与控制策略选取直接决定着直流系统的稳定、高效和可靠运行。为此,本文围绕多端混合高压直流输电系统控制参数及控制策略研究开展相关工作,主要内容包括:(1)为了分析控制参数对系统特性的影响机理,提出了多端混合高压直流输电系统层的潮流参数优化模型以及基于平均开关函数法的换流器层状态空间模型。在系统层,构造了兼顾线路网损和电压偏移的优化模型并结合罚函数内点法快速求解。在换流器层,基于平均开关函数法推导了常规、柔性换流站的动态相量方程,联立直流网络状态量构建了状态空间描述的多端混合高压直流输电系统动态数学模型。通过仿真模型的阶跃响应对比,验证了所推导详细动态数学模型的正确性与准确性。(2)结合李雅普诺夫间接法与混合势函数理论,提出了多端混合高压直流输电系统的全局稳定性分析方法以及基于特征值分布特性的动态性能评价函数,对稳定域内的控制参数进行了优化。通过搭建三端混合高压直流输电系统的仿真模型,验证了所提稳定性分析方法的准确性与控制参数优化方法的有效性。(3)为了实现站间功率合理分配并提高控制系统鲁棒性,基于微分几何原理,提出了外环双因子自适应控制与内环状态反馈线性化滑模控制的改进下垂协调控制策略。仿真结果表明,改进下垂协调控制策略相比传统下垂控制策略能够有效地规避换流站的功率与电压越限,并具有更好的抗扰动性能。(4)开发了多端混合高压直流输电系统控制参数优化设计软件,实现了含多种控制环节的系统快速建模、主要影响参数分析、控制参数可行域计算、控制参数优化功能;该软件无需繁杂的代码修改,降低了工程调试成本。通过“昆柳龙”多端混合直流工程进行测试,验证了多端混合高压直流系统控制参数优化软件的正确性与有效性。
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