基于柔性直流的输配电开关器自动化控制

孙道兵

(合肥滨湖职业技术学院 机电与汽车工程学院, 安徽 合肥 230601)

0 引言

输配电开关器是输电网稳定运行的关键部件,在进行柔性直流输电过程中,需要进行输配电开关器的自动化控制. 结合输配电开关器输出状态分布特性,进行输配电开关器的输出稳态参数识别和信息融合,可以提高输配电开关器的控制能力. 优化柔性直流输电质量，在研究输配电开关器优化控制方法方面具有重要意义[1]. 相关的输配电开关器的自动化控制方法研究受到人们的极大关注．对输配电开关器的柔性直流自动化控制是建立在对输配电开关器的输出状态参数识别基础上,通过建立输配电开关器控制约束参数模型,在低开关频率模式下进行直流振荡抑制,提高输配电开关器自动化控制能力[2]．

本文提出基于柔性直流的输配电开关器自动化控制方法．采用融合性参数估计方法进行输配电开关器的输出参数识别,建立输配电开关器的鲁棒性特征分析模型,采用柔性直流分析方法,进行输配电开关器自动化控制的阻尼衰减调节,最后进行仿真测试分析,得出有效性结论．

1 控制参数自动辨识模型及特征分析

1.1 输配电开关器控制参数自动辨识

为了实现输配电开关器自动化控制建立柔性直流的输配电开关器自动化控制的参数自动辨识模型,采用融合性特征分析方法,进行柔性直流的输配电开关器输出转换控制[3],得到模糊控制参数集为:

(1)

其中kr为小信号直流阻抗;ρair为分布直流电缆参数;Cf为电阻器的转换系数.负载变换器的控制参数为:

(2)

考虑到柔性直流的输配电开关器增益,得到:

(3)

柔性直流的输配电开关器的输出转矩为:

(4)

在开关器的输出端串联以增加直流侧电压,得到非线性反馈模型为:

(5)

式中,α1,α2,δ1,δ2,b0是正阻尼重构稳定参数;kp,kd是比例系数和微分系数．

根据上述分析,可以建立基于柔性直流的输配电开关器自动化控制[4]．

1.2 柔性直流的输配电开关器参数融合

采用融合性参数估计方法进行输配电开关器的输出参数识别,建立输配电开关器的鲁棒性特征分析模型[5],输配电开关器的鲁棒性特征量表示为:

(6)

采用虚拟电阻控制的方法,得到模糊度矩阵:

(7)

(8)

经过总的直流储能电容分布,得到柔性直流的输配电开关器增益:

(9)

在上述公式中,已经解除了输入参数的耦合．采用虚拟电阻稳定控制方法,进行振荡尖峰抑制,采用柔性直流分析方法进行开关器的自动化控制[6]．

2 柔性直流的输配电开关器控制优化

2.1 柔性直流正阻尼参数调节

采用融合性参数估计方法进行输配电开关器的输出参数识别[7],建立输配电开关器的鲁棒性特征分析模型,输配电开关器的输出xj表述数输配电开关器传动矢量,每个变量的小信号扰动函数为:

xj(k)=f(uj(t))

(10)

考虑输配电开关器直流参考电压udc,进行输配电开关器的侧能量调节,得到输出参数eu,直流电缆输出参数表达式为:

(11)

考虑到控制带宽和直流电缆的输出稳定性,在采样时刻k,同步旋转坐标系下的电流控制函数:

neti(k)=ri(k),i=1,2

(12)

为保持直流振荡频率下的等效阻抗为正,得到输配电开关器的鲁棒状态为:

ui(k)=neti(k) ,i=1,2

(13)

低开关频率模式下,输配电开关器的模糊度函数为:

(14)

通过状态变量可以重写为稳态值,采用自适应算法在线调整权值,取:

(15)

输配电开关器的输出功率增益最大化:

(16)

式中,w′(n0)为n0时输配电开关器的输出电动势幅值流,η′为整流站直流侧电压环．由此构建柔性直流的输配电开关器参数融合模型[8],得到3种状态下的功率温度关系曲线(图1)．

图1 功率温度关系曲线

2.2 输配电开关器自动化控制输出

建立输配电开关器的鲁棒性特征分析模型,采用正阻尼参数调节方法,进行输配电开关器的系统振荡调节和稳定性控制,电磁转矩表示为:

(17)

基于同步旋转坐标系分析模型,得到输入电流环和直流输出电流的关系为:

(18)

其中,Y(s)为输配电开关器的控制参数,R(s)为各子模块交流输入电流参数,得到输出转矩为:

(19)

每个子模块电压分配的电压参考等于vdcr/n,建立输入交流电流环的小信号模型[9],得到输出子模块的交流特征为:

H(s)+Y(s)=Gm(s)U(s)

(20)

计算整流站直流侧电压环,采用柔性直流分析方法,进行输配电开关器自动化控制的阻尼衰减调节,实现输配电开关器自动化控制优化[10]．

3 仿真实验与结果分析

为了验证本文方法在实现输配电开关器自动化控制的应用性能,进行仿真实验分析,设定系统阻尼衰减为12 dB,振荡尖峰幅值为24 kV, 输出电压设置为2 kV, Cline为30 km. 根据上述仿真参数设定,进行输配电开关器自动化控制,得到输出转速控制结果(图2)．从图2中可以看出,采用本文方法进行输配电开关器自动化控制的输出转速稳定性较好. 同时测试在柔性直流下的控制稳定性曲线,得到输出转速控制结果(图3)．从图3中可以看出,本文方法进行输配电开关器自动化控制的输出稳定性较好,对输出电压出现明显振荡的抑制能力较好．

图2 输出转速控制仿真曲线 图3 柔性直流下的控制曲线

4 结语

提出了基于柔性直流的输配电开关器自动化控制方法．建立柔性直流的输配电开关器自动化控制的参数自动辨识模型,在低开关频率模式下进行直流振荡抑制,提高输配电开关器自动化控制能力．采用融合性参数估计方法进行输配电开关器的输出参数识别,建立输配电开关器的鲁棒性特征分析模型；采用正阻尼参数调节方法,进行输配电开关器的系统振荡调节和稳定性控制；采用虚拟电阻稳定控制方法,进行振荡尖峰抑制；采用柔性直流分析方法,进行输配电开关器自动化控制的阻尼衰减调节,实现输配电开关器自动化控制优化．仿真实验结果表明,采用本文方法进行输配电开关器自动化控制的稳定性较好,输出鲁棒性较强,可以提高输配电开关器自动化控制能力．