轻型高压直流输电系统控制策略

2014-03-08尹孟志张辰纲杨雷大庆油田有限责任公司水务公司

油气田地面工程 2014年2期

尹孟志张辰纲杨雷大庆油田有限责任公司水务公司

轻型高压直流输电系统控制策略

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在轻型高压直流输电系统动态模型基础上提出了内外环解耦控制，应用Matlab/ Simulink建立系统仿真模型，采用Matlab进行仿真分析来验证模型及控制策略的正确性及有效性。仿真结果表明，各被控量的整定值无论发生怎样的阶跃变化，控制器都有很快的响应速度和很好的稳定性，而且在不同的运行点各被控制量都能达到较高的稳态控制精度。

轻型高压直流输电；动态模型；双环解耦控制；仿真

轻型高压直流输电（HVDC Light）作为一种新型输电方式具有控制灵活、不存在换相失败、可参与系统无功功率调节、可向无源负载供电、提高系统稳定性等优点[1]，在长距离输电中占据了不可取代的地位，这种优越性是由系统控制决定的。因此，如何通过有效的控制，是提高输出电能质量、保证系统运行可靠性的关键。在轻型高压直流输电系统动态模型基础上提出了内、外环解耦控制，应用Matlab/Simulink建立系统仿真模型，通过仿真来验证模型及控制策略的正确性及有效性。

1 控制器设计

1.1 内环控制

为了提高换流器输出的电能质量，改善系统的运行性能，内环控制器主要对注入网络的电流进行精细调节。内环电流控制器通过调节器实现了电流的无静差跟踪，并且将电流控制信号转化为电压控制信号。

1.2 外环控制

外环控制器动态响应速度较慢，用于体现不同的控制目的，并产生内环参考信号。

控制方式选择：由于直流电压与整流、逆变两侧功率平衡有关，当两侧功率在暂态出现瞬间不平衡时，会引起电压的波动，所以将直流电压控制作为外部控制环之一，考虑到交流电压在系统扰动时会波动，所以选择对无功进行调节。根据所接网络不同可选定功率（电流）和定交流电压控制方式[2]。本文选择整流侧定功率控制，逆变侧定直流电压控制。

2 算例分析

为验证本文提出模型及控制设计正确性，现采用Matlab进行仿真分析。换流器容量及电压分别为200 MVA、200 kV，连接的两交流系统技术参数是230 kV、50 Hz、2 000 MVA，带3次谐波，相角80°；电抗器为8 mH，直流电缆每段线长75 km，PI型连接；交流滤波频率指数为27。逆变交流端安置一个三相故障模块。对控制系统进行如下扰动（0.1 s逆变系统投用，0.3 s整流系统投用）。

2.1P单独扰动

t=1.5 s时，P从1变为0.8，Q、U不变。各被控量的整定值无论发生怎样的阶跃变化，控制器都有很快的响应速度和很好的稳定性，而且在不同的运行点各被控制量都能达到较高的稳态控制精度。

2.2 交流三相短路故障

t=1.5 s时，换流站1发生0.1幅电压跌落扰动，持续0.13 s；t=2.1 s时，换流站2发生三相短路故障，持续时间0.12 s。

系统故障使变换站2功率输送能力下降到0，直流侧电容充电使直流电压增大，通过定有功功率控制，直流电压被限制在可接受范围内。故障切除后系统各量迅速恢复到原来的设定值。