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      高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工技術(shù)研究

      2021-03-19 04:56:04丁萍剛楊洲王祎
      電氣自動化 2021年1期
      關(guān)鍵詞:混聯(lián)交直流高壓

      丁萍剛,楊洲,王祎

      (國網(wǎng)衢州供電公司,浙江 衢州 324000)

      0 引 言

      隨著智能電網(wǎng)工程項目的快速推進,高壓交直流混聯(lián)和電力大規(guī)??鐓^(qū)輸送已成為國家電網(wǎng)典型特征[1-2]。隨著全球經(jīng)濟一體化進程的不斷加快,輸電線路在現(xiàn)代化電力建設(shè)中有著至關(guān)重要的地位,電壓等級較高的輸電線路在整個電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用,因此對架空輸電線路施工技術(shù)的研究具有一定的經(jīng)濟價值和現(xiàn)實意義[3-4]。

      為提高輸電線路施工質(zhì)量與線路抗干擾能力,本文進行了高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工優(yōu)化控制技術(shù)研究。通過仿真測試分析,展示了本文方法在提高高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路輸出穩(wěn)定性和可靠性方面的優(yōu)越性能。

      1 輸電線路施工約束參數(shù)模型和穩(wěn)定性調(diào)節(jié)

      1.1 約束參數(shù)模型構(gòu)建

      采用高壓柔性直流輸電換流控制方法得到高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路電壓輸入側(cè)的控制約束參數(shù)分布函數(shù)為:

      (1)

      架空輸電線路轉(zhuǎn)子電機角速度和機械角速度差異性特征進行動態(tài)補償,在電磁轉(zhuǎn)矩恒定的條件下,進行輸電線路電壓輸出穩(wěn)定性調(diào)節(jié)[5],得到諧波電流分量δ的準(zhǔn)確數(shù)值。由于線路輸出的負載狀態(tài)是互不相關(guān)的,采用等效輸出阻抗調(diào)節(jié)方法,得到雙環(huán)控制器的傳遞函數(shù):ex=x-xd,eθ=θ-θd。式中:xd、θd為架空輸電線路的參考電壓與電流輸入。通過計算連接阻抗,得到高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的輸出功率為:

      (2)

      式中:β為功率因數(shù);Vc(Y)為功率修正函數(shù);Y為連接阻抗;c為阻抗調(diào)節(jié)參數(shù);C為阻抗調(diào)節(jié)參數(shù)集合。

      計算下垂控制引起頻率偏移,采用概率密度特征分析方法進行輸電線路的模糊參數(shù)辨識[6],得到輸電線路輸出穩(wěn)定性控制約束參數(shù)模型,表達式為:

      (3)

      式中:P(·)為模糊參數(shù)辨識函數(shù);θ為偏移角;xw3、yw3分別為不同的概率密度特征參量;Z(βi)為等效輸出阻抗描述函數(shù);βi為輸電線路i的功率因數(shù);αk為下垂控制參數(shù);σk為頻率偏移概率;μk為頻率偏移控制系數(shù)。

      1.2 輸出載荷的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)

      采用混合MMC電容電壓波動調(diào)節(jié)方法進行架空輸電線路輸出的穩(wěn)定性調(diào)節(jié),結(jié)合電網(wǎng)混合拓撲結(jié)構(gòu)進行架空輸電線路的組網(wǎng)設(shè)計[7-8]。假設(shè)高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路電壓的測量值為zt-1,該值與電網(wǎng)諧波幅xi相關(guān)。因此下垂控制的基波頻率滿足:

      (4)

      則有:

      (5)

      式中:w(dij)為電容電壓波動特征參量。考慮并聯(lián)虛擬導(dǎo)納,結(jié)合模糊參數(shù)調(diào)節(jié)方法[9-11],得到高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路離散域的控制電壓滿足:

      (6)

      式中:ueqx為輸電線路離散域的參考輸入電壓;ueqθ為輸電線路離散域的實際輸入電壓;usw為電壓損耗。

      采用相位補償方法,得到等效諧波阻抗的補償誤差為:

      (7)

      式中:xij、yij分別為輸電線路兩端的諧波阻抗;g為相位補償系數(shù)。

      分析高頻處造成的振蕩電壓,計算高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的等效諧波阻抗特征量[12],得到線路狀態(tài)控制方程。

      (8)

      結(jié)合電網(wǎng)混合拓撲結(jié)構(gòu)進行輸電線路的組網(wǎng)設(shè)計,采用多因素反饋調(diào)節(jié)方法進行負電平輸出穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。多因素反饋調(diào)節(jié)的模糊隸屬度函數(shù)為:

      (9)

      (10)

      分析高頻處電壓補償?shù)牟町愋?,采用比?重復(fù)控制器進行線路施工的狀態(tài)參數(shù)調(diào)節(jié),假設(shè)狀態(tài)參數(shù)e1、e2滿足以下條件:

      (11)

      因此,高次諧波頻率處的帶寬為:

      (12)

      采用并聯(lián)虛擬導(dǎo)納控制方法進行增益調(diào)節(jié),線性自抗擾控制函數(shù)為:

      s=ce1+e2

      (13)

      式中:c為線性自抗擾控制系數(shù)。

      線性自抗擾二次控制函數(shù)如式(14)所示。

      (14)

      計算負電平輸出感抗,令:

      (15)

      則輸出交直流電壓滿足:

      (16)

      分析直流輸電電壓等級,得到高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線的級聯(lián)拓撲度為:

      (17)

      考慮架空輸電線路輸入側(cè)回流狀態(tài)特征量,采用混合MMC電容電壓波動調(diào)節(jié)方法進行架空輸電線路輸出載荷的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)[13],公式為:

      (18)

      式中:wij為混合MMC電容電壓波動加權(quán)系數(shù)[14]。

      2 架空輸電線路施工控制優(yōu)化

      2.1 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的組網(wǎng)優(yōu)化

      建立高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路控制的等效約束參數(shù)模型。該模型由n組觀測值構(gòu)成,描述為:

      K=(xi1,xi2,…,xi,m-1,yi)i=1,2,…,n

      (19)

      結(jié)合模塊投切輸出轉(zhuǎn)換控制方法進行輸電線路的負載均衡控制[15]。其中,負載均衡調(diào)度模型滿足:

      (20)

      隨著直流輸電電壓等級和傳輸容量的不斷增加,考慮到串聯(lián)諧振電容,得到混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的優(yōu)化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型為:

      G=Xβ′+j

      (21)

      式中:X為n×m維的組網(wǎng)參數(shù)調(diào)節(jié)變量;β′為n維的電網(wǎng)的高頻特征量;j為諧振電流。

      2.2 電網(wǎng)負載均衡控制

      采用排序方法均衡輸出輸電線路子模塊之間電容電壓,實現(xiàn)輸電線路施工優(yōu)化,考慮輸電線輸出均衡控制函數(shù)的約束情況,負載均衡控制矩陣Σ可表示為:

      (22)

      式中:Σ1為負載均衡控制矩陣特征值。輸電線路的負載控制矩陣Σ=diag(δi),i=1,2,…,r。對高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工過程控制約束矩陣U與V進行特征分解,得到:

      U=[U1U2],V=[V1V2]

      (23)

      采用功率輸出均衡控制方法進行輸電線路負載均衡控制。根據(jù)均衡控制結(jié)果進行輸電線路施工技術(shù)設(shè)計,得到電網(wǎng)的電壓并聯(lián)輸出滿足:

      (24)

      式中:T為功率輸出均衡控制系數(shù)。最終得到在優(yōu)化的施工控制約束下的均壓控制模型為:

      (25)

      綜上分析,構(gòu)建高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的輸電線路施工控制優(yōu)化模型,實現(xiàn)輸電線路的輸出穩(wěn)定性控制。

      3 仿真試驗與結(jié)果分析

      為了驗證本文方法在實現(xiàn)高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路輸出負載均衡控制和施工優(yōu)化中的應(yīng)用性能,進行仿真測試。選擇MATLAB作為仿真試驗平臺,設(shè)定輸電線路負載為120 kW,輸出功耗為200 kW,采用2臺50 kW并聯(lián)的三相逆變器進行輸出負載均衡調(diào)節(jié),阻性與感性負荷設(shè)為15 kvar,諧波阻抗為20 Ω,線性無功功率負荷為40 kW。根據(jù)上述仿真參數(shù)設(shè)定,進行高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工優(yōu)化控制。測試在優(yōu)化控制前后的輸出電壓的對比波形,如圖1所示。

      圖1 架空輸電線路輸出電壓的對比波形

      分析圖1可知,在采用本文方法進行優(yōu)化控制前,輸出的電壓波形出現(xiàn)了嚴(yán)重畸變,諧振頻率處的帶寬很窄,輸出負載均衡性不好。采用本文方法進行電網(wǎng)的施工改造后,輸出負載均衡性較好,提高了輸出的穩(wěn)定性。

      測試采用本文方法優(yōu)化控制前后輸電線路的抗干擾能力,試驗結(jié)果如圖2所示。

      圖2 優(yōu)化控制前后抗干擾能力對比

      分析圖2可知,采用本文方法后,高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路的抗干擾能力得到大幅度提升,提高了輸電線路的電壓輸出穩(wěn)定性。

      4 結(jié)束語

      為提升高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工質(zhì)量與輸出穩(wěn)定性,本文進行高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)架空輸電線路施工優(yōu)化控制技術(shù)研究??紤]并聯(lián)虛擬導(dǎo)納,結(jié)合模糊參數(shù)調(diào)節(jié)方法進行振蕩電壓控制,采用多因素反饋調(diào)節(jié)方法進行負電平輸出穩(wěn)定性調(diào)節(jié),結(jié)合模塊投切輸出轉(zhuǎn)換控制方法與功率輸出均衡控制方法實現(xiàn)高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)負載均衡控制,根據(jù)均衡控制結(jié)果進行輸電線路施工技術(shù)設(shè)計。仿真試驗結(jié)果表明,本文方法進行施工控制后,輸電線路的電壓畸變得到有效抑制,輸出均衡性較好,抗干擾能力強,提高了輸電線路的電壓輸出穩(wěn)定性。

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