交直流电力系统协调控制的模型/策略与仿真研究

论文摘要

随着西电东送工程的逐步实施,我国将逐渐形成复杂的交直流联合大电力系统。现有交直流系统之间的协调控制策略还不够完善,有必要探索新的控制策略以提高控制器的调节性能。高效准确的仿真分析是交直流混合系统规划设计、运行与调度的基础。PSASP、BPA与PSS/E是我国电力部门常用的三个综合仿真分析软件,它们所采用的电力元件模型、参数和数据格式不尽相同,而软件自身帮助文件及现有研究缺乏对其详细介绍,严重影响了软件的正确使用与电网基础数据的相互转换。考虑上述两个问题,论文首先研究了交直流协调控制的动态模型和鲁棒控制策略,然后对PSASP、BPA与PSS/E软件的模型参数及自定义功能进行了重点分析比较,取得了比较突出的研究成果。具体内容如下:①以单机无穷大交直流并联系统为研究对象,综合考虑发电机和高压直流输电系统的协调控制,建立了系统的非线性六阶动态模型。并选择整流侧触发延迟角的调节信号、逆变侧触发超前角的调节信号以及发电机励磁电压为控制变量,以直流线路电流、逆变侧关断角以及发电机功角的稳定为控制目标,运用直接反馈线性化理论和H2鲁棒控制理论,设计了HVDC与发电机的协调非线性控制器,其中H2控制器参数采用线性矩阵不等式(LMI)方法得到。研究结果表明,所设计的非线性控制器与常规的控制器相比具有较好的阻尼特性,能进一步提高系统的动态稳定性。②论文介绍了PSASP、BPA与PSS/E软件中变压器、发电机模型参数的物理意义以及发电机励磁调节器的自定义功能,推导了不同软件的变压器模型参数转换公式,并用仿真算例对所介绍内容的正确性进行了论证。相对现有研究,论文在双绕组变压器模型激磁支路和三绕组变压器的阻抗支路模型方面的介绍更加详细,同时新增PSS/E的励磁调节器自定义功能及实现的详细介绍,为软件的正确使用及二次功能扩展打下了基础。③论文比较分析了PSASP、BPA与PSS/E软件中直流系统的稳态和准稳态模型及直流控制方式的组合选择差异,并通过仿真算例对所介绍内容的正确性进行了论证。相对现有研究,论文增加了不同软件的直流系统模型及直流系统控制方式组合的对比分析,从而为软件的正确使用打下了基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 交直流输电系统的控制策略的研究现状
• 1.2.2 常用电力系统综合分析软件的性能介绍
• 1.2.3 电力系统综合分析软件的国内应用研究现状
• 1.3 论文所做的工作
• 2 基于LMI 技术的交直流非线性H2 控制
• 2.1 引言
• 2.2 直接反馈线性化的基本原理
• 2 鲁棒控制在线性矩阵不等式（LMI）中的实现'>2.3 H₂鲁棒控制在线性矩阵不等式（LMI）中的实现
• 2.3.1 线性矩阵不等式（LMI）简介
• 2 性能'>2.3.2 H₂性能
• 2 控制器及其LMI 的实现'>2.3.3 H₂ 控制器及其LMI 的实现
• 2.4 系统的数学模型
• 2.4.1 系统描述
• 2.4.2 电网节点电压方程
• 2.4.3 发电机的网络方程
• 2.4.4 直流系统的网络方程
• 2.4.5 控制目标
• 2 控制器的设计'>2.5 系统的直接反馈线性化及H₂控制器的设计
• 2.5.1 系统的直接反馈线性化
• 2.5.2 系统的控制律求解
• 2 控制器的设计'>2.5.3 H₂控制器的设计
• 2.6 系统仿真
• 2.7 小结
• 3 电力系统仿真分析软件的交流系统元件比较
• 3.1 引言
• 3.2 交流系统模型的比较
• 3.2.1 变压器模型
• 3.2.2 发电机动态模型
• 3.2.3 发电机的励磁调节器的动态模型及其自定义建模功能
• 3.4 算例分析
• 3.4.1 仿真算例简介
• 3.4.2 仿真结果比较的误差指标
• 3.4.3 潮流计算
• 3.4.4 暂态仿真计算
• 3.5 小结
• 4 电力系统仿真分析软件的直流系统元件比较
• 4.1 引言
• 4.2 综合软件中直流系统的稳态模型与控制模式比较
• 4.2.1 直流系统的稳态数学模型比较
• 4.2.2 直流系统的潮流运行方式比较
• 4.3 综合分析软件中直流系统的准稳态模型比较
• 4.3.1 电力系统综合程序（PSASP）中提供的直流输电系统数学模型
• 4.3.2 PSS/E 中提供的直流输电系统数学模型
• 4.3.3 PSASP 和PSS/E 直流系统数学模型的差异
• 4.4 算例分析
• 4.4.1 仿真算例简介
• 4.4.2 潮流计算
• 4.4.3 暂态仿真计算
• 4.5 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录