本文是一篇电力工程论文，电力不足严重阻碍着国民经济的发展。世界各国的经验表明，电力生产的发展速度应高于其他部门的发展速度，才能促进国民经济的协调发展，所以电力工业又被称为国民经济的“先行官”。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇电力工程论文，供大家参考。
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
中国能源资源分布和负荷需求分布不均衡，能源资源的总体分布规律呈现“西多东少，北多南少”的特征，60%的煤炭资源分布在北部和西北部地区，2/3 的水能资源主要集中在西南部地区，陆地风能和太阳能资源主要分布在西北部地区，而负荷中心主要分布在人口密度高、用电需求大、经济较为发达的东南沿海地区。随着我国经济的快速发展，全社会用电需求不断增长，预计到 2020 年我国最大用电负荷将达到 14.1 亿千瓦，到 2030 年可能将达到 19.4 亿千瓦[1]。未来能源资源和负荷中心不均衡的情况还将日益严峻，为了实现能源资源优化配置、缓解负荷中心地区用电紧张的局面、利用地域时差产生错峰效益、减少事故和检修备用容量、在故障情况下提供紧急功率支援，满足更远距离、更高效率、更大规模的电力传输要求，采用高压输电技术形成大规模区域互联电力系统是我国电力工业的发展趋势[2]-[4]。用于区域电网互联的高压输电主要分为交流输电和直流输电两种方式，功能定位各不相同。交流输电除具有输电功能外，还具有构建网架结构的功能，可以中间落点，组网灵活，建设运营成本较低，但远距离传输时受稳定极限约束输电容量难以充分利用。高压直流输电在大容量远距离输电时相对于交流输电有多种显著优势，如电能输送容量大、耐受电压等级高、输电网损小、具有非同步联络的能力、输电距离不受到稳态电容电流的影响、对短路容量影响小、输电功率可快速大幅度调节等[5]-[9]。不过，高压直流输电造价较高，主要以两端直流工程为主，适用于远距离、大容量、点对点输电[10]-[14]。目前，我国积极推进“西电东送、南北互供、全国联网”的发展战略[15][16]，随着越来越多直流输电工程的投运，已经形成全国性的大规模交直流互联电力系统。到 2016 年底，我国华北电网、东北电网、西北电网、西南电网、华中电网、华东电网、南方电网等七大区域电网间，已有近 26 回直流输电线路投产运行，包括：东北电网内连接蒙东地区与辽宁地区的伊穆直流，连接华北电网与东北电网的高岭背靠背直流，连接华北电网与西北电网的银东直流，连接西北电网与华中电网的天中直流和灵宝直流（背靠背直流），连接西北电网和西南电网的德宝直流和柴拉直流，连接西北电网与华东电网的灵绍直流，连接华中电网与华东电网的葛上直流、林枫直流、龙政直流和宜华直流等 4 回直流，连接西南电网和华东电网的宾金直流、向上直流和锦苏直流等 3 回直流，连接华中电网与南方电网的江城直流，以及南方电网内连接云南、贵州、广东、广西各省网的共有楚穗直流、溪洛渡直流（同塔双回两回）、糯扎渡直流、高肇直流、兴安直流、天广直流、金中直流、永富直流、鲁西直流（背靠背直流）等 10 回直流投入运行。各直流连接情况如图 1-1 所示。随着我国电网的发展，直流工程还将继续增加，预计到 2030年，全国直流线路将达到近 30 回[17]-20]。
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1.2 交直流电网暂态稳定控制能力和主要措施
电力系统的暂态稳定性是指电力系统在某个运行状况下突然遭受大干扰后，能否经历暂态过程到达一个新的稳定运行状态，或者恢复到原来的运行点的能力[22]。在电力系统受扰后的暂态过程中，系统中各发电机组输出电磁功率相互影响和变化，各发电机转子存在着相对运动的动态过程。若发电机转子相对角度不断增大，会导致系统的电压、电流和功率曲线不断震荡发散，最终形成破坏性事故，此时就称这个系统失去暂态稳定。暂态失稳的根本原因可以归咎于大扰动下发电机之间同步转矩的不足。通常也称暂态稳定为大扰动功角稳定，即当电力系统遭受大扰动后，系统内全部机组最终能进入新的同步运行状态。暂态稳定是电力系统安全稳定运行的基础，在交直流混联电网中提高系统的暂态稳定性仍然是安全稳定运行中关注的首要问题[28]。由于暂态稳定面向的是大的电网扰动引起的发电机群有功失衡，因此电网越大，控制和改善其暂态稳定所要求的有功控制能力也越大。衡量暂态稳定控制能力主要应从可以控制的有功功率大小和控制响应速度两个方面进行衡量。电网对某片区域内有功功率的动态控制响应速度越快，可以控制的有功容量越大，则对该区域机组为主要参与机组的暂态稳定问题控制能力也越强。强的控制能力与有效的控制策略相结合就行形成有效的暂态稳定控制措施。暂态稳定性的改善措施根据控制对象的不同可以分为两大类：交流系统侧的暂态稳定改善措施和直流系统侧的暂态稳定改善措施[29]。根据作用时间和方式的不同，可以分为扰动前的预防性控制和扰动后动态期间的稳定控制两类。
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第二章 基于 Bang-Bang 控制的直流暂态稳定控制策略及其关键技术研究
本章基于 EEAC 理论将确定失稳模式下的交直流多机系统等值为单机无穷大系统（one-machine-infinite-bus，OMIB），在此基础上应用等面积定则详细分析了直流传输功率的改变对系统暂态功角稳定裕度的影响机理，基于 Bang-Bang 控制设计了一种物理概念清晰、鲁棒性强的直流暂态稳定控制策略 BTSC，详细讨论了控制器设计的一些关键技术，包括控制器系统结构设计，以及直流策略中功率幅值、调制速率、小信号复归阈值等关键参数的设置等问题。
2.1 直流功率附加控制对简单系统暂态稳定性的影响机理
EEAC 的核心是通过对多机空间中具有任意复杂模型和场景的全部动态方程进行积分，将得到的轨迹逐点映射到一系列聚合单机平面上，得到时变单机无穷大系统的功率-功角(P-δ)轨迹，在此基础上应用等面积定则得到暂态稳定裕度[204]。通过比较稳定裕度可精确评估各种扰动对系统暂态稳定性的影响程度。
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2.2 基于 Bang-Bang 控制的 BTSC 控制策略设计
Bang-Bang 控制是一种时间最优控制，能快速改善系统暂态响应特性[205]，常规的方法是利用开关表进行逻辑控制，易于工程实现，其典型工程应用有电机的直接转矩控制和 PWM 整流中的直接功率控制等[206]。由 2.1 节分析可知，在系统发生故障后，当功角 δ 正向摆动时快速增大直流功率 Pd，功角 δ 反向摆动及时减小直流功率 Pd均可有效提高系统的暂态稳定性。为实现直流功率对电网功角摆动的实时快速响应，本文采用 Bang-Bang 控制设计了直流暂态稳定控制器，简记为 BTSC。由于稳定控制器始终在线运行，不断根据控制输入产生功率调制附加信号，为使得控制主要在暂态过程中起作用，避免对小信号阻尼控制的干扰，在控制策略中设置了用于小信号复归的控制死区，当 ε1≥Δω≥-ε2时控制信号逐步归零。小信号复归阈值 ε1、ε2，以及功率调节速率 k1、k2等都是本控制器的重要参数，第 2.3、2.4 节中将结合仿真实例分析这些重要参数的选取及对控制效果的影响。同时，直流功率附加控制幅值的选取受直流的功率提升能力的影响，2.3 节中将从机理上详细讨论直流功率附加控制幅值设置的影响因素。
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第三章 多机系统中基于暂态能量函数的直流暂态稳定控制策略.......33
3.1 直流功率作用系数与 ETSC 设计机理 .............. 33
3.2 ETSC 策略 .............. 35
3.3 ETSC 控制设计的关键环节 ........... 36
3.4 ETSC 控制器性能测试 .... 40
3.5 本章小结 .... 50
第四章 多区域交直流互联电网中多直流暂态稳定协调控制策略....52
4.1 多区域交直流混联电网拓扑的规范化描述和分类 .............. 52
4.2 多直流协调暂态稳定控制 CETSC 设计 ............. 56
4.3 CETSC 在四区域交直流互联系统中的仿真测试及适应性分析 .... 63
4.4 CETSC 的控制能力协调在不同拓扑结构下的应用效果分析 ...... 72
4.5 本章小结 .... 77
第五章 南方电网中多直流暂态稳定控制器设计与实现....79
5.1 南方电网结构和运行方式 ............ 79
5.2 南方电网 CETSC 控制策略的设计 ...... 81
5.3 南方电网 CETSC 性能测试与适应性分析 ........... 86
5.4 南方电网直流暂态稳定协调控制系统样机及 RTDS 实验 ......... 91
5.5 本章小结 .............. 104
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第五章 南方电网中多直流暂态稳定控制器设计与实现
5.1 南方电网结构和运行方式
5.1.1 南方电网交直流混联结构
南方电网覆盖广东、广西、云南、贵州和海南五省区，是一个含有多回高压直流输电系统的交直流互联大电网。南方电网内各区域经济发展和能源资源分布不平衡，云南、贵州、广西等三省具有丰富的煤炭和水能资源，但经济发展相对落后，广东地区经济体量大，负荷增长迅速，本地能源资源储备又不足，这样的不平衡决定了南方电网远距离、大规模西电东送的发展趋势。2015 年南方电网 500kV 及以上系统地理接线图如图 5-1 所示，网内共有楚穗、溪洛渡（同塔双回两回）、糯扎渡、高肇（简称贵广 I）、兴安（贵广 II）、天广、江城等 8回直流。其中溪洛渡同塔双回直流于 2014 年下半年投运，特高压糯扎渡直流为 2015 年下半年投运。除外异步连接湖北三峡的江城直流外，其余七回直流系统都连接于贵州、云南、广西、广东四省间形成交直流混联电网。楚穗直流是世界上第一回±800kV 特高压直流输电工程，溪洛渡直流是世界输电容量最大、输电距离最长的±500 千伏同塔双回直流工程。需要特别指出的是，根据国家高技术研究发展计划(863 计划)项目“含大规模新能源的交直流互联大电网智能运行与柔性控制关键技术”的进度安排，面向南方电网的直流暂态稳定控制研究与设计工作于 2014 年就已经开始，因此本论文对南方电网直流暂态稳定控制器的应用研究设计是以 2014 年溪洛渡直流投产之前含有五回直流的南方电网网架结构为对象开展的。
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结论
论文从单直流简单系统到多直流多区域简化系统，最后到南方电网这一实际交直流复杂大电网，从理论分析和仿真测试到装置闭环试验，对直流暂态稳定附加控制的设计、应用和广域协同稳定进行了系统深入的分析和研究，取得了一系列有参考价值的理论和应用成果。论文主要研究结论归纳如下：
1. 直流暂态稳定控制是在电网严重故障或扰动切除后启动，采用状态反馈方式连续、快速地动态调节直流功率，从而达到改变部分强受控机组动态过程中的电磁功率输出，改善电网第 1-2 个摇摆周期的同步稳定水平的目的。良好设计的直流暂态稳定控制能有效改善整流站和逆变站两端系统之间的功角振荡模式，提高暂态稳定水平，控制性能优于事件驱动的直流大信号紧急功率支援策略。
2. 完整的直流暂态稳定附加控制应包含广域状态反馈信号集成、控制策略、低压闭锁、小信号复归、功率调制幅值和调制速率限幅等环节构成。由于故障后电压水平偏低会制约直流功率提升能力，直流功率的过快提升也会影响电压恢复，需要低压闭锁环节在电压低于一定水平（如 0.85）时闭锁附加稳定控制。暂态过程中实际直流最大输出功率也不宜超过 1.3 倍的额定功率。Bang-Bang 控制物理概念清晰、鲁棒性强，工程实用性强，论文研究和测试表明基于 Bang-Bang 控制设计的直流暂态稳定控制策略能较好的改善交直流大电网的暂态稳定水平。
3. 机组与换流站的电气距离越近，直流功率动态调整对该机组动态过程中输出电磁功率的影响越大，也就是说直流对该机组的控制能力越强。论文定义了描述直流对机组控制能力的指标：“直流功率作用系数”，推导了直流功率作用系数的解析计算式，分析表明电网结构是影响该系数的主要因素，运行方式变化对系数影响相对较小，可以利用稳态运行方式估计的直流功率作用系数值进行控制设计。
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参考文献（略）
