單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制研究

楊思國

摘要：為了提高單端柔性電力系統(tǒng)的功率分送控制穩(wěn)定性，提出一種基于非同步耦合調(diào)制的單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制方法。構(gòu)建單端柔性電力系統(tǒng)控制約束參量模型，采用負(fù)荷的波動性調(diào)節(jié)方法進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié);建立不同頻率系統(tǒng)間的直流多功率耦合模型，采用離散傅里葉分析和頻域分析方法進行直流多功率增益調(diào)節(jié);進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流間諧波動抑制，實現(xiàn)直流多功率分送控制。仿真結(jié)果表明，采用該方法進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制穩(wěn)定性較好，輸出功率增益較大，提高了功率的自動分配控制能力。

關(guān)鍵詞：單端柔性電力系統(tǒng);直流;多功率;分送控制;波動性調(diào)節(jié)

中圖分類號：TM615文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-5383（2019）02-0051-05

Abstract：In order to improve the stability of power distribution control of single-ended flexible power systems， a DC multi-power distribution control method based on asynchronous coupling modulation for single-ended flexible power systems was proposed. The control constraint parameter model of single-ended flexible power system was constructed， and the load volatility adjustment method was adopted to perform DC multi-power steady-state adjustment of the single-ended flexible power system. DC multi-power coupling model between different frequency systems was established， and discrete Fourier analysis and frequency domain analysis method was used for DC multi-power gain adjustment. The DC inter-harmonic motion suppression of the single-ended flexible power system was implemented to realize DC multi-power distribution control. The simulation results show that the DC multi-power distribution control of single-ended flexible power system has good stability and large output power gain， which improves the automatic power distribution control ability.

Keywords： single-ended flexible power system; DC; multi-power; distribution control; volatility regulation

單端柔性電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在大功率發(fā)電和輸電系統(tǒng)中，以光伏發(fā)電為代表的單端柔性電力系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在直流變壓器中，通過對單端柔性電力系統(tǒng)的多功率分散控制設(shè)計，提高單端柔性電力系統(tǒng)的輸出功率增益和穩(wěn)定性，研究單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制方法，在提高電源系統(tǒng)的能源接入?yún)R集能力和高壓大功率的調(diào)節(jié)能力方面具有重要意義[1]。

對單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制的研究是建立在對直流多功率調(diào)制和功率因素分析基礎(chǔ)上，結(jié)合對單端柔性電力系統(tǒng)的逆變器快速響應(yīng)設(shè)計，進行發(fā)電功率的雙向快速連續(xù)調(diào)節(jié)，提高單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制能力[2]。傳統(tǒng)方法中，對單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制方法主要和自適應(yīng)模糊控制方法、穩(wěn)態(tài)功率調(diào)制方法以及最大均衡間隔控制方法等[3-4]，結(jié)合對單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率的自適應(yīng)調(diào)節(jié)進行控制響應(yīng)的穩(wěn)定性分析，提高單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制穩(wěn)定性，但上述方法對單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制的自適應(yīng)性不好，功率輸出增益不高。針對上述問題，本文提出一種基于非同步耦合調(diào)制的單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制方法，構(gòu)建單端柔性電力系統(tǒng)控制約束參量模型，采用負(fù)荷的波動性調(diào)節(jié)方法進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，建立不同頻率系統(tǒng)間的電力系統(tǒng)的直流多功率耦合模型，采用離散傅里葉分析和頻域分析方法進行直流多功率增益調(diào)節(jié)，進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流間諧波動抑制，實現(xiàn)直流多功率分送控制。最后進行仿真實驗分析，展示了本文提出的方法在提高單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制能力方面的優(yōu)越性能。

1 單端柔性電力系統(tǒng)控制對象及約束參量

1.1 單端柔性電力系統(tǒng)控制約束參量模型

為了實現(xiàn)單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制[5]，利用PID控制器進構(gòu)建單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制的對象模型，針對單端柔性電力系統(tǒng)的單極性特點，以輸出功率的變化率、輸入濾波電感以及上橋臂電壓等為控制約束參量，構(gòu)建單端柔性電力系統(tǒng)控制的微分控制模型，得到控制對象模型用二元微分方程表述：

其中：

Lq表示可控電壓源;UJ表示帶直流偏置的電壓;UE是高壓側(cè)電壓。單端柔性電力系統(tǒng)控制約束特征量可表示為：

其中：Lq表示并網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生間諧波電流;LJ=LqUUJ是負(fù)荷波動頻率;LE=LqUEU是微分參數(shù)。忽略變換器損耗，采用模糊二自由度控制模型進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制，輸出平均功率變化率f，計算單端柔性電力系統(tǒng)的直流控制變量，采用上下橋臂互補模式，得到功率傳輸?shù)募s束對象模型表示：

其中：

v是直流電壓輸入信號;x1是確定的擾動步長下的輸入信號;x2是輸入信號的一階導(dǎo)數(shù);h為雙閉環(huán)控制的步長，采用外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的聯(lián)合控制方法[6]，得到控制的直流指令輸出濾波因子為h0，當(dāng)h值不變且輸入電壓穩(wěn)定時，增大h0能夠進行濾波;h，h0是電力系統(tǒng)的電池特征參數(shù)，采用負(fù)荷的波動性調(diào)節(jié)方法進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，進行直流多功率的分送控制設(shè)計。

1.2 單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)

在上述構(gòu)建了單端柔性電力系統(tǒng)控制約束參量模型的基礎(chǔ)上，進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，可輸出電壓和電流指令值的狀態(tài)查看模型表示為：

式中，z1，z2是最大功率點因素，y是特征參數(shù)，z3是最大功率點對系統(tǒng)的干擾因素，β1，β2，β3，δ，b是可調(diào)參數(shù)。

在間諧波電流頻率、幅值和相位分布調(diào)節(jié)模式下，計算單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制系統(tǒng)狀態(tài)差值[7]，采用非線性反饋調(diào)節(jié)方法，進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制的模糊調(diào)度，得到非線性反饋調(diào)節(jié)式表示：

在功率輸出增益最大的條件下，得到單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制的輸出增益K=ΔK·Km，其中ΔK>0，發(fā)電系統(tǒng)逆變器對外等效特征量存在兩個控制環(huán)節(jié)，分別為Gm（s）e-tms與Gm（s）。

綜上分析，采用離散傅里葉分析和頻域分析方法進行直流多功率增益調(diào)節(jié)，進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流間諧波動抑制，實現(xiàn)直流多功率分送控制[15]。

3 仿真實驗分析

為了測試本文方法在實現(xiàn)單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制中的應(yīng)用性能，進行仿真實驗，實驗取單端柔性電力系的最大功率值為450 kW，目標(biāo)功率為500 kW，全站功率調(diào)節(jié)響應(yīng)時間為24 ms，諧振電流為200 A，相電感11 mH，空載啟動時間0.1 s，Boost-MMDCT 的可控變量的占空比為0.25，根據(jù)上述仿真參量設(shè)定，進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制，測試不同系列的電流系統(tǒng)，得到單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率輸出荷載如圖1所示。

分析圖1得知，本文方法在兩種電力系統(tǒng)中的多功率輸出載荷不同，此方法C-0與DW系列各種方法的輸出載荷相比，輸出載荷最高;分析交流電力系統(tǒng)下本文方法與I2系列的多功率輸出載荷，與直流電力系統(tǒng)下相似，并具有較高的輸出載荷，說明本文方法在不同的系統(tǒng)下都具有較高性能。測試輸出功率增益，得到結(jié)果如圖2所示。

分析圖2得知，3種方法輸出功率增益進行對比，發(fā)現(xiàn)在不同的采樣點，它們的增益不同，3種方法中I2系列的輸出功率增益都最低，而本文方法輸出增益一直最高，說明這種方法進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制的輸出功率增益較高，性能較好。

4 結(jié)語

為了對單端柔性電力系統(tǒng)的多功率分散控制設(shè)計，提高單端柔性電力系統(tǒng)的輸出功率增益和穩(wěn)定性，本文提出一種基于非同步耦合調(diào)制的單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制方法，以輸出功率的變化率、輸入濾波電感以及上橋臂電壓等為控制約束參量，構(gòu)建單端柔性電力系統(tǒng)控制的微分控制模型，進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)。采用非線性反饋調(diào)節(jié)方法，進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制的模糊調(diào)度，進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流間諧波動抑制，實現(xiàn)直流多功率分送控制。研究得知，本文方法進行單端柔性電力系統(tǒng)的直流多功率分送控制的輸出穩(wěn)定性較高，增益較大，分送控制能力較強。

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