基于qrs原理的tuv和twswvxy 控制器交互影响分析pdf

第!"卷第#期$%%&年#月浙江大学学报’工学版()*+,-./*012345.-67-583,95:;’<-65-33,5-6=>53->3(?*/@!"A *@#)+/;$%%&收稿日期B $%%C D %E D F !@浙江大学学报’工学版(网址B G G G @4*+,-./9@H 4+@3I +@>-J 3-6基金项目B 国家自然科学基金资助项目’&%%%#%%$K &%$$%%%&(@作者简介B 江全元’F "#&L(M 男M 湖北黄冈人M 博士M 讲师M 主要从事电力系统自动化的研究@<D N .5/B 4O ;P H 4+@3I +@>-基于Q R S 原理的T U V 和T W S W V X Y 控制器交互影响分析江全元M 邹振宇M 曹一家’浙江大学电气工程学院M 浙江杭州!F %%$#(摘要B 针对电力系统中不同灵活交流输电装置’Z [\]=(控制器之间可能存在的交互影响问题M 以静止无功补偿器’=?\(与静止同步补偿器’=][]\^_(两种Z [\]=控制器为研究对象M通过一简单电力系统时域仿真实例验证了=?\和=][]\^_同时装设工况下M 多个控制器之间存在着负交互影响的可能性@建立了含=?\和=][]D \^_的单机无穷大电力系统的扩展‘25//5a 9D b 300,*-模型M 并引入了相对增益矩阵’c d [(控制器交互分析理论@基于c d [方法M 定量研究了=?\和=][]\^_在不同电气距离下交互影响的强弱M 并经过了时域仿真验证M 结果表明M c d [理论能有效地分析=?\和=][]\^_之间的交互作用@关键词B 柔性交流输电系统K 静心无功补偿器K 静心同步补偿器K 相对增益矩阵K 交互影响中图分类号B ]_#F $文献标识码B [文章编号B F %%e D "#!f’$%%&(%#D F %F C D %&g h i j k l m i n o hl h l p q r n r o s T U Vl h tT W S W V X Ym o h i k o p p j k r u l r j to hQ R Sv k n h m n v p j)w [A d x +.-D ;+.-M 1^7123-D ;+M \[^y 5D 45.’z {||}~}{!"|}#$%&#’|"(~&(}}%&(~M )*}+&’(~,(&-}%.&$/M 0’(~1*{2!F %%$#M z *&(’(S u r i k l m i B 35:2:23G 5I 3.a a /5>.:5*-9*00/3455/3[\:,.-9N 5995*-9;9:3N ’Z [\]=(I 385>39M .a *:3-:5./,596*05-:3,.>:5*-53:G 33-Z [\]=>*-:,*//3,9N .;5N a *93-36.:5835-0/+3->3*-a ,.>:5>./a *G 3,9;9:3N 9@]23,39+/:9*0.:5N 3D I *N .5-95N +/.:5*-*0.95-6/3D N .>25-35-05-5:3D 5+9a *G 3,9;9:3N I 3N *-9:,.:3:23a *99555/D5:;*0:23-36.:5835-:3,.>:5*-953:G 33-=:.:5>?.,\*N a 3-9.:*,9’=?\(.-I=:.:5>=;->2,*-*+9>*N a 3-D 9.:*,’=][]\^_(@]23‘25//5a 9D b 300,*-N *I 3/*0.95-6/3D N .>25-35-05-5:3D 5+9a *G 3,9;9:3N G 5:2*-3=?\.-I *-3=][]\^_5-9:.//3I G .939:.5/5923I @]23-M ,3/.:5836.5-.,,.;’c d [(:23*,;G .9a ,*a *93I 0*,.-./;H 5-6:235-:3,.>:5*-53:G 33-=?\.-I=][]\^_@7.93I*-:23c d [.-./;959M :235-0/+3->3>.+93I 5;:233/3>:,5>./I 59:.->353:G 33-:G *Z [\]=I 385>39G .95-839:56.:3I3N a 2.:5>.//;@]23I 3:.5/3I -*-/5-3.,95N +/.:5*-,39+/:9I 3N *-9:,.:3:233003>:583-399*0:23a ,*a *93Ic d [:23*,;@8j q 9o k t r B Z [\]=K =?\K =][]\^_K c d [K 5-:3,.>:5*-基于大功率电力电子器件的灵活交流输电’Z [\]=(技术是增强输配电系统的可控性和灵活性:提高运行的稳定性和经济性的有效手段;F <C =@随着Z [\]=装置在电力系统中的广泛应用M 有一个问题必须加以考虑B 电力系统中同一Z [\]=装置中的不同控制器通道以及不同Z [\]=装置之间是否存在着交互影响>如果存在着交互影响M 则必将大大影响Z [\]=装置的动静态特性M对电力系统的运行和控制带来不利@最近的一些研究结果表明M 同一Z [\]=装置的多个控制器通道之间可能会存在交互影响M 从而破坏电力系统的稳定性@文献;&=指出了统一潮流控制器’7‘Z \(中多个控制器之间存在着负交互影响M 文献;E =分析了静止同步补偿器’=][]\^_(中交流和直流控制器之间存在的交互影响@但是M 迄今为止M 对于不同的Z [\]=控制器间可能存在的交互影响很少有研究结果报道@静止无功补偿器!"#$%和"&’&$()是两类重要的静止无功补偿装置*在电力系统的无功补偿+提高电力系统的电压质量和电压稳定性等方面有着重要的作用,最近十余年国内外发生的大停电事故大多与电压稳定有着密切联系*因此电力系统的无功补偿和电压稳定性问题正得到越来越广泛的重视,因此*"#$和"&’&$()将获得广泛的应用,此外*早期安装了许多"#$装置的电力系统*由于系统改造等原因*需要在原来的系统中增加"&’&-$()以改善和提高系统的动态无功电压支撑能力,因此*系统中出现"#$和"&’&$()并存的情况是完全有可能的,由于以上种种原因*研究"#$和"&’&$()之间的交互影响具有重要的理论价值和实际意义,本文通过时域仿真验证了"#$和"&’&$()之间存在着负交互影响的可能性*建立了含"#$和"&’&$()的单机无穷大电力系统的扩展./011023-4566789模型*并介绍了相对增益矩阵!:;’%理论,基于:;’理论和所建立的扩展./011023-4566789模型*定量地研究了"#$和"&’&$()在不同电气距离下交互影响的强弱,<"#$和"&’&$()的交互影响图<是装有"#$和"&’&$()的单机无穷大电力系统*系统参数见文献=>?,c d e ,!<%式中fV 5T [\]g N ]^!h ]W h \Q %g N Q g N ]*[]T [\]^!h Q W h \Q %g N Q *b N T b i N Q ^b i N j ]*其中b N Q T h ]g N ]*b N ]T [\k W h \Q g N Q,可控硅!N /M 703N 87l 89N 78115Q75P l N 87*&$:%型静止无功补偿器模型常用一个固定电容器!H $%与一个晶闸管控制的电抗器并联而成*见图i ,Q |T g {$t {$T #t {$!g 18Q l 83}^g 18]c de 309}%,!%%式中f #是调制解调器的相关参数*#T &’*’是逆变器交直流电压之比*它和其逆变器的结构有关*&是由脉冲宽度调制器决定的调制比例(}的大小由脉冲宽度调制器决定,设"#$和"&’&$()的控制系统设计如图z 所示*显然这是一个三输入三输出系统,对系统的每一对输入输出设计了一个单输入Y 单输出控制器,其中*"&’&$()的两个控制器分别为)<‘<第o 期江全元*等f 基于:;’原理的"#$和"&’&$()控制器交互影响分析!"直流电压控制器#$%&’(!)&’("*+,-.’(/012.’(34-53!"交流电压控制器#6%&7(!)&7("*+,-.8/012.93:-;3<=(的控制参数>的!"交流电压控制见式-?3@令A B %&C !)&>9,@A D %E :则有>%&>!)&F "*+,-.D /012.D 3)>E:-G 3对图?所示的?个!"控制器@即式-53H-G 3依次进行设计@设计方法如下#对应的?个控制回路@ns -所有控制开环3r k lr m ns -除k l 2m n 闭环外@所有控制开环3:-t 3根据定义可以看出@f g 7描述的是当其他控制;9E 9浙江大学学报-工学版3第?h 卷加入时!对原控制回路的影响程度"因此!可以由#$%的大小!选择合适的控制对"基本规则为&#$%为负值时交互影响最大!应避免选择相应的控制对"#$%越靠近’!交互影响越小"对于方阵系统!可以按照下式计算()*&+,-./01.-./02’03".40式中&1表示在稳态情况下两个矩阵相应的元素相乘!即矩阵的56768697乘积:-为传递函数矩阵"选择控制对的原则是使系统中每个控制回路之间的静态交互影响最小"这种()*的方法在分散控制系统的设计中得到了广泛应用!可以有效地反映控制变量与被控变量之间的联系"在对本文中的单机无穷大系统进行电压稳定和功角稳定分析时!特别要关注的是;3*3<=>和;?<连接母线上交流电压的变化趋势!因此本文将集中研究;3*3<=>的交流电压控制器和;?<的交流电压控制器之间的交互作用!而不考虑它们与;3*3<=>的@A直流电压控制器的交互影响"作这样的简化处理后!本章研究的是一个有关;3*3B <=>和;?<的两阶()*矩阵!下面着重讨论两阶()*矩阵的性质和特点"设两输入C两输出系统!输入为D’E D F!输出为G’E G F!则由()*的定义!即式.H0可以得到+,#’’#’F#F’#I J F F"()*矩阵有如下特性&’0任何一行的各元素之和以及任何一列的各元素之和等于’"F0在构成控制系统时!若系统输出参数与控制输入参数所对应的元素为负数!则构成的控制系统由于其耦合作用成为不稳定系统"K0若选择的系统输出参数和输入参数所对应的元素值等于’!构成的系统中不存在控制输入间的耦合影响:其值越接近于’!则构成系统中控制输入间的耦合作用影响越小"K基于()*理论的;?<和;3*3B <=>交互影响分析笔者应用()*矩阵!研究了;3*3<=>和;?<之间的电气距离对安装在系统中的;3*3B<=>和;?<控制器间的交互影响作用"由第’章可以知道!图’所示的电力系统可以用式.’0L.M0来表示"在应用()*理论之前!首先需要线性化式.’0L.M0!得到装有;?<和;3*3<=>的单机无穷大电力系统的线性化方程&N O,P N QR S!TU,V N QW S".’/0式中&N,I X Y X Z X[\]X[^7X_‘<J3!S,I X a X bX c J3!U,I X_’X_‘<X_d J3!P E R E V E W为系数矩阵"由方程.’/0可以得到装设;?<和;3*3<=>的单机电力系统的扩展@e f g g f h d B5i^^9j k模型!其结构如图l所示!图中各参数的意义见文献I H J"由系统.’/0或图l所示的扩展@e f g g f h d B5i^^9j k模型!可以得到图’所示系统的传递函数矩阵-./0!从而利用式.40计算得到()*矩阵"为了分析;?<和;3*3<=>的交互影响!保持线路总阻抗m不变!使;3*3<=>和;?<间线路阻抗mg d在/"’L/"l变化!即改变;3*3<=>和;?<之间的电气距离!需分别计算()*矩阵!计算结果由表’给出"6k%i d线路阻抗.m!g m g d m d#0()*矩阵m!g,/"F!m g d,/"’!m d#,/"l2/"F&H’"F&HI J’"F&H2/"F&H m!g,/"F!m g d,/"F!m d#,/"’2/"/44’"/44I J’"/442/"/44 m!g,/"F!m g d,/"M!m d#,/"K/"F&’/"&F4I J/"&F4/"F&’m!g,/"F!m d,/"l!m d#,/"’/"4&//"/F KI J/"/F K/"4&/从表’中的()*矩阵可以看出&随着mg d.电气距离0逐渐变大!()*矩阵的对角线元素由负数&’/’第&期江全元!等&基于()*原理的;?<和;3*3<=>控制器交互影响分析卷逐渐接近!"由#$%矩阵性质可以知道&如系统输出参数与控制输入参数所对应的元素’即#$%矩阵对角线元素(构成系统中的控制输入间的耦合作用的影响越小"#$%矩阵对角线元素为负数或者接近)时&交互影响作用越强"这就说明了&电气距离可以对*+%+,-.和*/,之间的交互影响产生作用&而且电气距离越小交互影响越大"法&#$%矩阵能提供这种交互影响强弱的定量。