高压交直流混联电网架空输电线路施工技术研究

丁萍刚，杨洲，王祎

(国网衢州供电公司，浙江 衢州 324000)

0 引 言

随着智能电网工程项目的快速推进，高压交直流混联和电力大规模跨区输送已成为国家电网典型特征[1-2]。随着全球经济一体化进程的不断加快，输电线路在现代化电力建设中有着至关重要的地位，电压等级较高的输电线路在整个电网安全稳定运行中发挥着关键性作用，因此对架空输电线路施工技术的研究具有一定的经济价值和现实意义[3-4]。

为提高输电线路施工质量与线路抗干扰能力，本文进行了高压交直流混联电网架空输电线路施工优化控制技术研究。通过仿真测试分析，展示了本文方法在提高高压交直流混联电网架空输电线路输出稳定性和可靠性方面的优越性能。

1 输电线路施工约束参数模型和稳定性调节

1.1 约束参数模型构建

采用高压柔性直流输电换流控制方法得到高压交直流混联电网架空输电线路电压输入侧的控制约束参数分布函数为：

(1)

架空输电线路转子电机角速度和机械角速度差异性特征进行动态补偿，在电磁转矩恒定的条件下，进行输电线路电压输出稳定性调节[5]，得到谐波电流分量δ的准确数值。由于线路输出的负载状态是互不相关的，采用等效输出阻抗调节方法，得到双环控制器的传递函数：ex=x-xd,eθ=θ-θd。式中：xd、θd为架空输电线路的参考电压与电流输入。通过计算连接阻抗，得到高压交直流混联电网架空输电线路的输出功率为：

(2)

式中:β为功率因数；Vc(Y)为功率修正函数；Y为连接阻抗；c为阻抗调节参数；C为阻抗调节参数集合。

计算下垂控制引起频率偏移，采用概率密度特征分析方法进行输电线路的模糊参数辨识[6]，得到输电线路输出稳定性控制约束参数模型，表达式为：

(3)

式中:P(·)为模糊参数辨识函数；θ为偏移角;xw3、yw3分别为不同的概率密度特征参量；Z(βi)为等效输出阻抗描述函数；βi为输电线路i的功率因数;αk为下垂控制参数;σk为频率偏移概率；μk为频率偏移控制系数。

1.2 输出载荷的稳定性调节

采用混合MMC电容电压波动调节方法进行架空输电线路输出的稳定性调节，结合电网混合拓扑结构进行架空输电线路的组网设计[7-8]。假设高压交直流混联电网架空输电线路电压的测量值为zt-1，该值与电网谐波幅xi相关。因此下垂控制的基波频率满足：

(4)

则有：

(5)

式中:w(dij)为电容电压波动特征参量。考虑并联虚拟导纳，结合模糊参数调节方法[9-11]，得到高压交直流混联电网架空输电线路离散域的控制电压满足：

(6)

式中:ueqx为输电线路离散域的参考输入电压；ueqθ为输电线路离散域的实际输入电压；usw为电压损耗。

采用相位补偿方法，得到等效谐波阻抗的补偿误差为：

(7)

式中:xij、yij分别为输电线路两端的谐波阻抗；g为相位补偿系数。

分析高频处造成的振荡电压，计算高压交直流混联电网架空输电线路的等效谐波阻抗特征量[12]，得到线路状态控制方程。

(8)

结合电网混合拓扑结构进行输电线路的组网设计，采用多因素反馈调节方法进行负电平输出稳定性调节。多因素反馈调节的模糊隶属度函数为：

(9)

(10)

分析高频处电压补偿的差异性，采用比例-重复控制器进行线路施工的状态参数调节，假设状态参数e1、e2满足以下条件：

(11)

因此，高次谐波频率处的带宽为：

(12)

采用并联虚拟导纳控制方法进行增益调节，线性自抗扰控制函数为：

s=ce1+e2

(13)

式中:c为线性自抗扰控制系数。

线性自抗扰二次控制函数如式(14)所示。

(14)

计算负电平输出感抗，令：

(15)

则输出交直流电压满足：

(16)

分析直流输电电压等级，得到高压交直流混联电网架空输电线的级联拓扑度为：

(17)

考虑架空输电线路输入侧回流状态特征量，采用混合MMC电容电压波动调节方法进行架空输电线路输出载荷的稳定性调节[13]，公式为：

(18)

式中:wij为混合MMC电容电压波动加权系数[14]。

2 架空输电线路施工控制优化

2.1 高压交直流混联电网架空输电线路的组网优化

建立高压交直流混联电网架空输电线路控制的等效约束参数模型。该模型由n组观测值构成，描述为：

K=(xi1,xi2,…,xi,m-1,yi)i=1,2,…,n

(19)

结合模块投切输出转换控制方法进行输电线路的负载均衡控制[15]。其中，负载均衡调度模型满足：

(20)

随着直流输电电压等级和传输容量的不断增加，考虑到串联谐振电容，得到混联电网架空输电线路的优化组网结构模型为：

G=Xβ′+j

(21)

式中：X为n×m维的组网参数调节变量；β′为n维的电网的高频特征量;j为谐振电流。

2.2 电网负载均衡控制

采用排序方法均衡输出输电线路子模块之间电容电压，实现输电线路施工优化，考虑输电线输出均衡控制函数的约束情况，负载均衡控制矩阵Σ可表示为：

(22)

式中：Σ1为负载均衡控制矩阵特征值。输电线路的负载控制矩阵Σ=diag(δi),i=1,2,…,r。对高压交直流混联电网架空输电线路施工过程控制约束矩阵U与V进行特征分解，得到：

U=[U1U2],V=[V1V2]

(23)

采用功率输出均衡控制方法进行输电线路负载均衡控制。根据均衡控制结果进行输电线路施工技术设计，得到电网的电压并联输出满足：

(24)

式中:T为功率输出均衡控制系数。最终得到在优化的施工控制约束下的均压控制模型为：

(25)

综上分析，构建高压交直流混联电网架空输电线路的输电线路施工控制优化模型，实现输电线路的输出稳定性控制。

3 仿真试验与结果分析

为了验证本文方法在实现高压交直流混联电网架空输电线路输出负载均衡控制和施工优化中的应用性能，进行仿真测试。选择MATLAB作为仿真试验平台，设定输电线路负载为120 kW，输出功耗为200 kW，采用2台50 kW并联的三相逆变器进行输出负载均衡调节，阻性与感性负荷设为15 kvar，谐波阻抗为20 Ω，线性无功功率负荷为40 kW。根据上述仿真参数设定，进行高压交直流混联电网架空输电线路施工优化控制。测试在优化控制前后的输出电压的对比波形，如图1所示。

图1 架空输电线路输出电压的对比波形

分析图1可知，在采用本文方法进行优化控制前，输出的电压波形出现了严重畸变，谐振频率处的带宽很窄，输出负载均衡性不好。采用本文方法进行电网的施工改造后，输出负载均衡性较好，提高了输出的稳定性。

测试采用本文方法优化控制前后输电线路的抗干扰能力，试验结果如图2所示。

图2 优化控制前后抗干扰能力对比

分析图2可知，采用本文方法后，高压交直流混联电网架空输电线路的抗干扰能力得到大幅度提升，提高了输电线路的电压输出稳定性。

4 结束语

为提升高压交直流混联电网架空输电线路施工质量与输出稳定性，本文进行高压交直流混联电网架空输电线路施工优化控制技术研究。考虑并联虚拟导纳，结合模糊参数调节方法进行振荡电压控制，采用多因素反馈调节方法进行负电平输出稳定性调节，结合模块投切输出转换控制方法与功率输出均衡控制方法实现高压交直流混联电网负载均衡控制，根据均衡控制结果进行输电线路施工技术设计。仿真试验结果表明，本文方法进行施工控制后，输电线路的电压畸变得到有效抑制，输出均衡性较好，抗干扰能力强，提高了输电线路的电压输出稳定性。