现代控制技术在高压直流输电系统中的应用价值分析

尹华

摘 要：直流输电系统也称HVDC，对于电力系统的安全运行来说，直流输电系统对其有着深远的影响，直流输电系统的控制问题好坏，直接会影响整个电网运行得稳定性，但是如果要想让直流输电系统的性能更好的话，就需要先进的控制技术来提高系统的性能，因为直流输电系统本身具有一定的强非线性特性。本文分析了现代控制技术在高压直流输电系统中的应用价值，并且在总结传统控制策略的基础上分析了现代各种算法的优势和缺陷。

关键词：现代控制技术 高压直流输电系统 应用价值

中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（a）-00-02

我国电力能源发展有两大重要战略步骤，一是西电东送；二是区域联网。直流输电系统是非常理想的远距离大功率输电方式，因为直流输电系统有着很大的优点，优点一是直流输电系统的功率调节非常迅速，并且非常灵活；二是输电距离比较方便，因为直流输电系统的输电距离是不受同步运行的稳定性限制的，对于整个电力系统的安全稳定运行来说，直流输电系统都有着非常大的影响。直流输电系统能够快速调节用电功率，并且有一定的过载能力，如果能够充分发挥直流输电系统的这两个优点的话，那么很有可能就可以提高交流系统的用电稳定性，以及抑制交流系统在运输电能的过程中的震荡性。但是如果想要发挥出直流系统的这两个优点的话，就必须要采用先进的控制技术，发挥系统的稳定性及灵活性。针对直流输电系统的系统调节灵活，响应速度快的特点，必须提高控制系统的对交流参数变动和扰动的鲁棒性和适应性。现如今，天广直流线路以及三广直流线路都已经投入到了运行当中，多条直流输电线路和交流输电线路并列运行的情况已经出现在了南方电网的用电运行当中。在2015年时，南方电网的直流输电线路已经达到了七条，我相信随着时间的发展，现代控制技术在高压直流输电系统当中的应用价值会越来越高，并且现代控制技术会有更广阔的发展空间[1]。

1 常规控制直流输电系统的策略

整流和逆变部分共同构成高压直流输电系统，其中间部分是由直流输电线路连接的，其内部的可控变量有3个部分：一是两侧换流器的触发导通角；二是换流变压器中间抽头位置；三是无功补偿装置的投切控制。

一般传统的直流输电系统的控制方式都是以定电流调节和电压调节为基础的控制，这个控制原理是去改变电流和电压的整定值，然后就能够获得换流器导通角的信号，发出触发脉冲以实现预期的效果。在整个电力系统稳定的情况下，如果想要满足输送一定功率的要求的话，可以在整流侧采用定直流电流控制，在逆变器采用定熄弧角控制。除此之外，针对不同的情况，还可以采取不同的控制方式，有许多控制方式是可以去选择的，比方说整流测最小触发角控制以及逆变测定直流电流控制等，这些情况都是在整个系统的运行非常稳定，或者是误差比较小的情况下才可以使用的，因为这样的控制策略一般情况下可以满足需求，可以让系统稳定的运行。但是，虽然这样的控制方法非常好，正所谓人无完人，这样的方法也是有着自己不足的地方的，其不足方面可以概括为以下4点：第一，在系统的运行状态不够稳定，或者是出现比较大的扰动时调节策略可能不能够保障整个系统的运行稳定性。第二，直流输电系统的输电运行地理跨度比较大，输电距离相对于普通输电线路来说也比较长，因此直流输电系统的两端交流比较难，因为地理跨度大，所以很难进行信号的迅速对接，两方协调比较困难，就造成整流侧和逆变侧相互协调不够方便。第三，这种传统的控制策略会导致直流输电系统不能够和发动机产生同步功率，所以，对交流系统的稳定性没有任何帮助。第四，功率的给定值是由上一级系统制定的，所以当整流侧采用定功率控制时，整个响应系统会出现判断和计算延迟的现象，而弱交流系统需要功率的快速反应以及支援，所以这对弱交流系统的稳定性帮助不是很大[2]。

针对上述所说的问题，研究人员经过长时间的研究，决定将现代控制方法应用于高压直流输电系统当中，早期的科研人员采用的是最优控制以及自适应控制等现代控制方法。其实在20世纪70年代的时候，科研人员已经将最优控制方法应用于高压直流输电系统当中，在高压直流输电系统当中使用最优控制策略，可以给系统运行一个最优控制方法，但是此方法也有自己的弊端，就是这种方法的工作点不能出现变化，一旦这种方法的工作点出现大的变化或者扰动时，就不能够保证系统的性能。本文将针对直流输电系统的强非线性，以及现代控制技术在直流输电系统当中的应用和笔者自己的工作经验，给予笔者自己的一些观点。

2 直流输电系统的现代控制策略——在直流输电系统中应用非线性控制

盧强等人经过研究，发现将非线性控制应用在电力系统当中是一个非常可行，并且有效的方法，不仅如此，他们还将微分几何的方法应用于hvdc系统当中，自从发现可以将非线性控制应用在电力系统当中以后，国内外许多学者都对非线性控制在电力系统当中的应用进行了大量的研究。各学者通过研究发现，将非线性控制运用在直流输电系统当中能够获得非常好的动态性能，使整个系统的性能提高到一个新的水平。在前文当中介绍的，在直流输电系统当中运用的控制方法都有着自己不可避免的弊端，比如说无法控制工作点变化，以及距离问题，但是将非线性控制，运用到直流输电系统当中可以很好的克服这种问题。非线性控制可以很好的克服传统控制方法中的工作点变化或大扰动情况对系统控制的影响，hvdc本身就是一种非常典型的非线性系统，因此，在hvdc当中运用非线性控制，对整个系统而言是非常有效的。将非线性控制运用在hvdc当中，可以更简单的设计出控制器，并且整个hvdc系统当中有很多不确定因素，而非线性控制可以很简单的解决系统模型当中这些不确定因素[3]。

3 结语

hvdc系统的研究一直是工程界关注的一个重点的问题，因为hvdc系统是非常典型的非线性复杂系统，所以国内外的学者一直对这个系统在进行深入研究，各位学者都希望能够通过现代控制技术使hvdc系统得到一个更好的发展。从目前现有的结果来看，可以发现已经对单直流输电系统和交直流混合输电系统有了非常深入的研究，并且已经将这些输电系统与现代控制技术进行了有效结合，比如说非线性控制，自适应控制等。从实验当中也可以发现这样的结合可以使整个hvdc系统获得更好的控制性能，虽然有很多研究现在还没有真正投入到使用当中，虽然他们目前还处于在实验室研究的阶段，但是从研究当中就可以发现，一旦将这些现代控制技术结合到直流输电系统当中，可以为直流输电系统的安全性再加一层保障，因为将现代控制技术运用到直流输电系统当中可以使整个输电系统的运行变得更加稳定。笔者认为我国的科研工作人员，应该利用现有的技术已及现有的条件，将科学研究工作与具体的对象进行紧密的结合，提高整个研究水平，我相信在不久的将来，现代控制技术一定能够更好地应用于直流输电系统当中。

参考文献

[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] 卢强，孙元章.电力系统非线性控制[M].北京：科学出版社，1993.

[3] 李兴源，刘红超，邱晓燕，等.改善暂态稳定性的 HVDC非线性控制策略[J].电力系统自动化，2002，26（14）：15-19.