改进生成式对抗网络下多端柔性直流输电系统

张 猛，李 瑾

（国网鄂州供电公司，湖北鄂州 436000）

文献[3]提出适用于多端柔性直流输电系统的分布式直流电压控制策略。文献[4]提出真双极多端柔性直流输电系统多目标协同控制策略。文献[5]提出基于可控关断的电流源型直流输电系统设计及运行方式。上述方法未能在系统设计时依据改进的生成式对抗网络检测系统内部异常电力数据，导致在开展系统控制时，控制效果差。为解决上述多端柔性直流输电系统设计时存在的问题，提出改进生成式对抗网络下多端柔性直流输电系统。

1 系统硬件设计

1.1 多端柔性直流系统结构分析

多端柔性直流系统[6-7]具体系统结构如图1所示。

图1 多端柔性直流系统结构

分析图1 可知，多端柔性直流系统由换流站连接组成。A 岛电网通过220 kV 交流线路与主电网连接，并与B 岛电网相连，而B 岛电网则根据110 kV 的线路与D 岛相接，C 岛并不与外界相连交流，处于孤岛状态。

1.2 构建系统整体框架

1.2.1 换流阀设计以及器件串联个数确定模块

换流阀的基本结构如图2 所示。

图2 模块化换流阀结构

依据图2 可知，直流输电系统的换流阀由若干子模块组成，子模块电容器的大小直接影响换流阀的输出电塔波纹，影响系统的直流电压的振动[8-9]。换流阀子模块电压波动与电容器存储能量呈正比关系，因此设定多端柔性直流系统换流阀的反向耐压为Ufx，以此计算换流阀反向电压与网侧电压幅值之间的关系，完成CSC 器件串联数量的计算，结果如下式所示：

2)很多高校目前使用人工纸质、电子文档方式管理学生第二课堂学分的方式存在缺陷，如工作效率低下、协作性查、产生大量的历史文件和数据，不便进行历史数据查寻，不利于数据分析和维护；

式中，M表示CSC 器件串联数量，Ued表示换流晶闸管的额定电压，β表示换流阀安全裕度，α表示安全系数。

基于上述确定的换流阀器件串联数量计算结果，完成该换流阀器件串联个数设计模块的设计。

1.2.2 滤波电感、电容调制模块

该模块主要负责对多端柔性直流系统中换流器交流侧滤波电感、电容的波动频率的实时调制[10]，保证系统稳定运行输出。

由于换流器滤波电容会影响系统桥臂器件的导通个充放电，因此系统的整体放电回路是由滤波电感、电容以及交流侧负载组合形成的，电压电容值计算如下式所示：

式中，ufdy0表示电容的放电初始电压，ufdy表示电压电容值计算结果，q1、q2均表示等效电阻放电系数，Rdx表示负载等效电阻。

最后依据计算出的周期系统电容电压，获取系统放电时间，确定调制频率，从而实现系统滤波电感、电容的频率实时调制。

1.2.3 异常数据检测模块

该模块主要负责系统运行时，输电异常数据的检测。多端柔性直流输电系统在运行时，若系统内部输电异常数据较多，会导致系统出现故障，引发输电安全危机，因此该模块需要根据改进的生成式对抗网络建立异常数据检测模型，检测系统内部输电异常数据，保证系统安全运行。

设定直流输电系统中存在i组输电数据yi，输电数据分布为er(y)，数据的高斯分布为ez(z)，基于神经网络在二者之间建立映射关系，建立多端柔性直流输电系统异常输电数据检测模型，模型表达形式如下式所示：

式中，W(·) 表示输电数据的期望分布，G(y) 表示网络生成数据，D(G(y))表示辨识器的异常数据辨识概率，minGmaxDF(G,D)表示建立的异常数据检测模型。

2 软件设计

2.1 换流器阀组控制实现

针对多端柔性直流输电系统换流阀设计以及器件串联个数确定模块，在模块中设计控制器，并通过设计的控制器对模块换流器实施阀侧控制，以此增强系统控制精度，使系统能够更好地实现直流输出。

若想换流器稳定运行，就需要系统的直流电压恒定，而电压恒定的基础就是换流器子模块电容电压的均衡[11-12]，结合换流器电平均衡调制策略以及电容电压的均衡控制，完成换流阀侧设计以及器件串联个数确定模块控制器的设计，控制器具体结构如图3 所示。

图3 换流器阀侧控制器结构

通过建立的换流器阀侧控制器对整个换流器阀侧模块实施控制[13-14]，从而增强系统的直流输电精度。

2.2 系统整体控制实现

相比较系统模块控制器设计，多端柔性直流输电系统的控制目标主要是通过对换流站控制器的选取，实现系统换流站间的协调控制，使得直流输电系统能够稳定、安全运行。

首先依据图1 制定系统的换流站控制策略，策略具体内容如表1 所示。

表1 换流站控制策略

结合图1 分析可知，1 号换流站是系统的功率平衡节点，4号换流站是直流输电系统的恒定功率节点，3 号换流站负责无源的孤岛电网供电，2 号换流站是系统的重要节点，主要是系统电压偏差控制节点。

基于上述系统控制策略，建立直流输电系统的整体控制器，控制器结构如图4 所示。

图4 直流输电系统的整体控制器结构

根据图4 可知，针对多端直流输电系统建立的控制器，修改换流站控制器结构，即可实现对整个直流输电系统的控制。

完成控制器设计后，设定系统中多端换流站节点为λ1、λ2、λ3，[idrefmax,idrefmin]表示换流站的输出区间，以此建立系统控制逻辑，计算直流输电系统的直流电压的最大、最小值，过程如下式所示：

式中，Uzl表示系统直流额定电压，Ujl表示交流电压，(Uwtmin,Uwtmax) 表示问题直流电压最大、最小值，idref表示控制逻辑。

对所设计系统各个模块以及整个系统实施控制[15-16]，通过控制结果，实现多端柔性直流输电系统的稳定运行。

3 实验分析

为了验证上述多端柔性直流输电系统设计方法的整体有效性，需对此方法测试。在PSCAD 环境中搭建VSC-MTDC 模型，系统换流站设定参数如表2所示[17]。

表2 换流站参数

基于上述测试环境以及设定的相关参数，选取换流站，测试所提方法系统控制前后换流站交流侧电流输出值以及直流侧的电压输出值，测试所提方法建立系统的运行效果。测试结果如图5、图6 所示。

图5 电流测试结果

图6 电压测试结果

分析图5 可知，所提方法设计的多端柔性直流输电系统设计的控制器能够有效抑制输电电流的波动，最终在0 kA 附近波动，提高了系统的稳定性。

分析图6 可知，系统启动时换流侧电压急速上升，并出现持续波动情况，这时会导致系统交流侧遭受冲击，扰乱系统稳定。而所提方法在设计系统时，通过设计的控制器，缓步提升系统直流侧电压，最终控制在500 kV，避免系统遭受冲击。这主要是因为所提方法在系统设计时依据改进的生成式对抗网络检测系统内部异常电力数据，因此上述方法在开展系统控制时，控制效果好。

4 结束语

文中针对传统直流输电系统中存在的问题，提出改进生成式对抗网络下多端柔性直流输电系统。该方法首先建立系统的框架设计系统硬件模块，再利用设计的控制器实现系统的软件设计，最后将硬、软件整合，实现电力的直流输电。由于该方法在设计换流器控制时，还存在些许缺陷，今后将针对该项问题，继续优化该直流输电系统。