单端柔性电力系统的直流多功率分送控制研究

杨思国

摘要：为了提高单端柔性电力系统的功率分送控制稳定性，提出一种基于非同步耦合调制的单端柔性电力系统的直流多功率分送控制方法。构建单端柔性电力系统控制约束参量模型，采用负荷的波动性调节方法进行单端柔性电力系统的直流多功率稳态调节;建立不同频率系统间的直流多功率耦合模型，采用离散傅里叶分析和频域分析方法进行直流多功率增益调节;进行单端柔性电力系统的直流间谐波动抑制，实现直流多功率分送控制。仿真结果表明，采用该方法进行单端柔性电力系统的直流多功率分送控制稳定性较好，输出功率增益较大，提高了功率的自动分配控制能力。

关键词：单端柔性电力系统;直流;多功率;分送控制;波动性调节

中图分类号：TM615文献标志码：A

文章编号：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

單端柔性电力系统广泛应用在大功率发电和输电系统中，以光伏发电为代表的单端柔性电力系统被广泛应用在直流变压器中，通过对单端柔性电力系统的多功率分散控制设计，提高单端柔性电力系统的输出功率增益和稳定性，研究单端柔性电力系统的直流多功率分送控制方法，在提高电源系统的能源接入汇集能力和高压大功率的调节能力方面具有重要意义[1]。

对单端柔性电力系统的直流多功率分送控制的研究是建立在对直流多功率调制和功率因素分析基础上，结合对单端柔性电力系统的逆变器快速响应设计，进行发电功率的双向快速连续调节，提高单端柔性电力系统的直流多功率分送控制能力[2]。传统方法中，对单端柔性电力系统的直流多功率分送控制方法主要和自适应模糊控制方法、稳态功率调制方法以及最大均衡间隔控制方法等[3-4]，结合对单端柔性电力系统的直流多功率的自适应调节进行控制响应的稳定性分析，提高单端柔性电力系统的直流多功率分送控制稳定性，但上述方法对单端柔性电力系统的直流多功率分送控制的自适应性不好，功率输出增益不高。针对上述问题，本文提出一种基于非同步耦合调制的单端柔性电力系统的直流多功率分送控制方法，构建单端柔性电力系统控制约束参量模型，采用负荷的波动性调节方法进行单端柔性电力系统的直流多功率稳态调节，建立不同频率系统间的电力系统的直流多功率耦合模型，采用离散傅里叶分析和频域分析方法进行直流多功率增益调节，进行单端柔性电力系统的直流间谐波动抑制，实现直流多功率分送控制。最后进行仿真实验分析，展示了本文提出的方法在提高单端柔性电力系统的直流多功率分送控制能力方面的优越性能。

1 单端柔性电力系统控制对象及约束参量

1.1 单端柔性电力系统控制约束参量模型

为了实现单端柔性电力系统的直流多功率分送控制[5]，利用PID控制器进构建单端柔性电力系统的直流多功率分送控制的对象模型，针对单端柔性电力系统的单极性特点，以输出功率的变化率、输入滤波电感以及上桥臂电压等为控制约束参量，构建单端柔性电力系统控制的微分控制模型，得到控制对象模型用二元微分方程表述：

其中：

Lq表示可控电压源;UJ表示带直流偏置的电压;UE是高压侧电压。单端柔性电力系统控制约束特征量可表示为：

其中：Lq表示并网系统产生间谐波电流;LJ=LqUUJ是负荷波动频率;LE=LqUEU是微分参数。忽略变换器损耗，采用模糊二自由度控制模型进行单端柔性电力系统的直流多功率分送控制，输出平均功率变化率f，计算单端柔性电力系统的直流控制变量，采用上下桥臂互补模式，得到功率传输的约束对象模型表示：

其中：

v是直流电压输入信号;x1是确定的扰动步长下的输入信号;x2是输入信号的一阶导数;h为双闭环控制的步长，采用外环和电流内环的联合控制方法[6]，得到控制的直流指令输出滤波因子为h0，当h值不变且输入电压稳定时，增大h0能够进行滤波;h，h0是电力系统的电池特征参数，采用负荷的波动性调节方法进行单端柔性电力系统的直流多功率稳态调节，进行直流多功率的分送控制设计。

1.2 单端柔性电力系统的直流多功率稳态调节

在上述构建了单端柔性电力系统控制约束参量模型的基础上，进行单端柔性电力系统的直流多功率稳态调节，可输出电压和电流指令值的状态查看模型表示为：

式中，z1，z2是最大功率点因素，y是特征参数，z3是最大功率点对系统的干扰因素，β1，β2，β3，δ，b是可调参数。

在间谐波电流频率、幅值和相位分布调节模式下，计算单端柔性电力系统的直流多功率分送控制系统状态差值[7]，采用非线性反馈调节方法，进行单端柔性电力系统的直流多功率分送控制的模糊调度，得到非线性反馈调节式表示：

在功率输出增益最大的条件下，得到单端柔性电力系统的直流多功率分送控制的输出增益K=ΔK·Km，其中ΔK>0，发电系统逆变器对外等效特征量存在两个控制环节，分别为Gm（s）e-tms与Gm（s）。

综上分析，采用离散傅里叶分析和频域分析方法进行直流多功率增益调节，进行单端柔性电力系统的直流间谐波动抑制，实现直流多功率分送控制[15]。

3 仿真实验分析

为了测试本文方法在实现单端柔性电力系统的直流多功率分送控制中的应用性能，进行仿真实验，实验取单端柔性电力系的最大功率值为450 kW，目标功率为500 kW，全站功率调节响应时间为24 ms，谐振电流为200 A，相电感11 mH，空载启动时间0.1 s，Boost-MMDCT 的可控變量的占空比为0.25，根据上述仿真参量设定，进行单端柔性电力系统的直流多功率分送控制，测试不同系列的电流系统，得到单端柔性电力系统的直流多功率输出荷载如图1所示。

分析图1得知，本文方法在两种电力系统中的多功率输出载荷不同，此方法C-0与DW系列各种方法的输出载荷相比，输出载荷最高;分析交流电力系统下本文方法与I2系列的多功率输出载荷，与直流电力系统下相似，并具有较高的输出载荷，说明本文方法在不同的系统下都具有较高性能。测试输出功率增益，得到结果如图2所示。

分析图2得知，3种方法输出功率增益进行对比，发现在不同的采样点，它们的增益不同，3种方法中I2系列的输出功率增益都最低，而本文方法输出增益一直最高，说明这种方法进行单端柔性电力系统的直流多功率分送控制的输出功率增益较高，性能较好。

4 结语

为了对单端柔性电力系统的多功率分散控制设计，提高单端柔性电力系统的输出功率增益和稳定性，本文提出一种基于非同步耦合调制的单端柔性电力系统的直流多功率分送控制方法，以输出功率的变化率、输入滤波电感以及上桥臂电压等为控制约束参量，构建单端柔性电力系统控制的微分控制模型，进行单端柔性电力系统的直流多功率稳态调节。采用非线性反馈调节方法，进行单端柔性电力系统的直流多功率分送控制的模糊调度，进行单端柔性电力系统的直流间谐波动抑制，实现直流多功率分送控制。研究得知，本文方法进行单端柔性电力系统的直流多功率分送控制的输出稳定性较高，增益较大，分送控制能力较强。

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