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基于安全域的交直流混联系统静态安全控制

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:44522
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  • 日期:2022-06-23
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文基于安全域的相关理论基础,主要从交直流混联系统静态安全域的建模、基于静态安全域的预防控制、预防校正之间的协调控制以及基于解耦安全域进行快速潮流控制四个方面进行了研究。

第一章   绪论

1.2  国内外研究现状

1.2.1  静态安全域理论分析及应用

(1)静态安全域的概念

常规电力系统的静态安全分析方法主要采用逐点法,该方法虽然简单可靠,但也存在着一些不足与局限性,无法直观地给出当前运行状态的全局信息,无法获取安全裕度信息。针对逐点法的不足,Hnyilicaz 等人在 1975 年首次提出静态安全域的分析方法[30],从域的角度出发来考虑问题,分析系统的静态安全性,同时能对系统的安全运行状态给出全局性的描述。

静态安全域描述的是所有满足系统等式约束和不等式约束的运行点集合,通过判断运行点是否位于静态安全域的内部来判断当前运行状态是否安全[20, 22],更进一步,通过判断运行点到各边界面的距离,可以得到系统的安全裕度,精确地识别系统的薄弱环节,同时还能够提供最优控制信息[31, 32]。

(2)静态安全域的发展

自 Hnyilicaz 等人在 1975 年首次提出静态安全域的概念之后[30],F. Wu 等人在Hnyilicaz 的基础上进一步完善了静态安全域的理论[33],并将静态安全域的求解问题归结为在安全约束集内寻找潮流解的问题。文献[34]基于线性规划中的对偶理论,采用直流潮流方程解析静态安全域的几何特征。在我国,最早是由余贻鑫院士开展了关于静态安全域的相关研究工作,文献[35]和文献[36, 37]分别给出了无功和有功静态安全域的求解算法,应用场景具有一定的局限性;文献[38]提出了 N-1 状态下的静态安全域概念,并基于快速解耦潮流模型,采用分组扩展计算方法以及约束缩减机制,大大提高了静态安全域的求解速度;文献[39]将静态安全域划分为负荷注入子空间和发电机注入子空间,并探讨了两个不同子空间边界的拓扑性质。

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第三章 基于静态安全域的交直流混联系统预防控制

3.1  引言

交直流混联系统静态安全分析只考虑在预想事故发生后系统的运行状态,即在系统出现元件开断之后导致的线路潮流和节点电压越限的情况。如果存在预想事故的发生使当前运行状态不再满足系统的不等式约束,则当前运行状态处于“正常不安全状态”,反之处于“正常安全状态”。对于处于“正常不安全状态”的运行状态,系统存在着安全运行风险,需通过预防控制使其恢复到“正常安全状态”。因此对处于“正常不安全状态”的运行状态,在相应事故发生前进行预防控制,对维持电力系统的静态安全性具有非常重要的意义。

当前针对系统的静态安全控制方法主要分为两种:基于灵敏度的分析方法和基于非线性的规划方法。灵敏度的方法虽然简单,不需迭代,便于实施,但是无法分析多种约束问题,并且对于大规模电力系统无法有效避免反复越限问题的发生;非线性规划方法虽然考虑全面,但是求解过程复杂,难以在线应用。

在对确定的预想事故集制定控制方案时,文献[75]提出了一种基于时域仿真获得相应的预防控制方案;文献[76]使用灵敏度的方法,选择最有效的控制变量来维持系统的电压稳定性;文献[77]提出了一种结合粒子挖掘算法的混沌粒子群优化算法(Chaotic Particle Swarm Optimization, CPSO),用来制定维持系统稳定的控制方案;文献[78]提出了大爆炸算法(Big Bang-Big Crunch, BB-BC),用于预防和校正控制措施的优化,以增强电力系统针对暂态不稳定性的动态安全性。但是上述文献所采用的方法主要依赖于复杂的仿真计算,计算量大难以在线应用,并且不易掌控系统整体的安全运行状态。

第五章 基于解耦安全域的多馈入交直流混联系统快速潮流控制

5.1  引言

前两章的研究内容虽然能够将控制策略的求解时间缩短至秒级,但依旧不能充分利用直流的快速功率调制能力在维持系统静态安全方面的作用,因此需要寻找更加有效的方法,以求在更短的时间内求解出相应的控制策略。同时目前在我国的华东电网和南方电网形成了典型的多馈入交直流混联系统,与单馈入系统相比,多馈入系统中多个直流子系统之间、直流与交流之间的电气耦合关系越来越紧密和复杂,在进行安全控制时,需要全局把控,因此优化模型将变得更加复杂,求解效率更低[86, 87]。

多馈入交直流混联系统在正常运行时换流站会消耗大量的无功。若换流站的无功电源支撑不足,极易发生换相失败,严重时甚至会导致直流闭锁,影响系统的安全稳定运行,若将 STATCOM 接入换流母线,能够等效提升受端交流系统的电气强度,进而有效改善直流子系统的运行特性[62-64]。对于预想事故已发生的多馈入交直流混联系统,需要改变系统的运行方式,使系统恢复至正常安全运行状态。但是目前的调制方法或者是根据控制目标,求解多约束非线性规划问题,计算量大求解时间长,或者是根据策略表针对每一个事故提出局部的控制策略。

静态安全域虽具有如表 2-1 所示的理论优势,但目前刻画的静态安全域是高维欧式几何空间中的非规则几何体,无法直观获得运行点在静态安全域中的相对位置。即使是提取系统关键变量刻画二维/三维空间中的静态安全域断面,依旧是非规则几何体,在域内调整运行点依旧需要考虑电气量彼此之间的耦合关系,无法实现电气量之间的解耦控制。同时对于弱受端系统,由于无功电源的支撑不足,使系统的静态安全域断面较小,域内运行点的数量较少,因此可利用 STATCOM 的快速响应特性,改善系统的运行特性,增加系统稳定运行点的数量,扩大静态安全域断面的大小,进而在制定控制策略时能够有更多的选择。

5.2  多馈入交直流混联系统模型

5.2.1  多馈入交直流混联系统物理模型

对多馈入交直流混联系统相互作用机理的分析,通常采用如图 5-1 所示的等值模型。对整个受端交流系统进行戴维南等效,即用恒定交流电压源与恒定阻抗串联组合来模拟受端交流系统。直流逆变站的交流滤波器、电容器以及 STATCOM 装置并联在逆变站换流母线处。交流侧一般只计及基波分量,因此图 5-1 所示的模型一般只适用于类稳态的过程[63]。

电力论文参考

图中,i 1,2 n,代表的是第 i 个子系统,每一个子系统通过联络线相互连接并进行功率交换;d d d, ,i i iI U P 分别为直流子系统的电流、电压和有功功率;diQ 为换流母线消耗的无功功率;U,i iU  分别为逆变侧换流母线电压有效值和电压相角;ac ac,i iP Q 分别为换流母线与交流系统交换的有功功率和无功功率;E,i iE  为等值交流系统的电势和相角;iZ 为交流系统的等值阻抗;ciB 为逆变侧滤波器和电容器等装置的等值电纳;ciQ 为逆变侧滤波器和电容器等装置的无功补偿容量;ik 为换流变压器的变比;ijz 为换流母线 i 和换流母线 j 之间联络线阻抗; jij ijP Q 为换流母线 i 和换流母线 j 之间传输的功率。

第六章   结论与展望

6.2  展望

本文依旧存在一些不足,在以后的工作中需要重点研究以下几点内容:

1、本文基于拟合法求解静态安全域边界面,虽然具有较高的精度但依旧存在效率低这一弊端,需要搜索的临界运行点过多,离线搜索时间过长,静态安全域的更新迭代速度可能跟不上网络拓扑的变化。因此在后续的研究中,需要研究高效的静态安全域边界面刻画方法。

2、本文所考虑的预想事故仅为发生概率较大的 N-1 故障,但是在实际的电力系统中,依旧存在多重故障的可能性,在未来的研究中,可将多重故障的静态安全域约束计及在内,以求取满足系统实际运行状态的最优协调控制策略。

3、基于解耦安全域虽然能够快速制定相应的控制方案,但是本文刻画的解耦安全域均依旧属于可视化的低维空间,应用场景受限,如何在高维空间中有效刻画解耦安全域是后续研究工作的重点。在后续工作中,将解耦安全域扩充至高维欧式几何空间,展现更多的控制变量信息。

参考文献(略)

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