摘要：直流输电系统也称HVDC，对于电力系统的安全运行来说，直流输电系统对其有着深远的影响，直流输电系统的控制问题好坏，直接会影响整个电网运行得稳定性，但是如果要想让直流输电系统的性能更好的话，就需要先进的控制技术来提高系统的性能，因为直流输电系统本身具有一定的强非线性特性。
关键词：现代控制技术；高压直流输电系统；应用价值
我国电力能源发展有两大重要战略步骤，一是西电东送；二是区域联网。直流输电系统是非常理想的远距离大功率输电方式，因为直流输电系统有着很大的优点，优点一是直流输电系统的功率调节非常迅速，并且非常灵活；二是输电距离比较方便，因为直流输电系统的输电距离是不受同步运行的稳定性限制的，对于整个电力系统的安全稳定运行来说，直流输电系统都有着非常大的影响。直流输电系统能够快速调节用电功率，并且有一定的过载能力，如果能够充分发挥直流输电系统的这两个优点的话，那么很有可能就可以提高交流系统的用电稳定性，以及抑制交流系统在运输电能的过程中的震荡性。但是如果想要发挥出直流系统的这两个优点的话，就必须要采用先进的控制技术，发挥系统的稳定性及灵活性。针对直流输电系统的系统调节灵活，响应速度快的特点，必须提高控制系统的对交流参数变动和扰动的鲁棒性和适应性。现如今，天广直流线路以及三广直流线路都已经投入到了运行当中，多条直流输电线路和交流输电线路并列运行的情况已经出现在了南方电网的用电运行当中。
1.直流输电系统的常规控制策略
高压直流输电系统由整流和逆变部分构成，中间由直流输电线路连接，其系统内部的可控变量一般为两侧换流器的触发导通角、换流变压器的中间抽头位置、无功补偿装置(或交流滤波装置)的投切控制。传统的控制方式都是以定电流调节和定电压调节为基础，通过改变系统的电流和电压的整定值，获得换流器导通角的信号，发出触发脉冲，实现预期的控制效果。
通常在系统稳定运行情况下，整流侧采用定直流电流(CC)控制，逆变侧采用定熄弧角(CEA)控制，便能满足输送一定功率的要求。除此之外，针对不同的情况还有不同的控制方式可供选择，如整流侧最小触发角控制，逆变侧定电压控制、逆变侧定直流电流控制、逆变侧定功率因数控制等以及相互之间的组合情况。尤其针对交流电压偏低情况下，提出的电压限制电流控制(VDCOL)能进一步提高系统故障情况下，防止逆变侧换流器换向失败的控制方法。
当系统稳态运行或仅存在小扰动情况下，上述控制策略一般能较好地满足系统运行的需要，但上述控制方式同样存在以下的不足:①在系统运行点变化较大或大扰动发生时，系统的PI调节策略常常不能保证系统的性能；②由于直流输电系统的地理跨度大，输电距离长，造成两端之间的通信难度大，要实现整流侧和逆变侧相互协调还有一定的困难；③在传统控制策略下，直流系统往往不能为发电机提供同步功率，相反还会对发电机提供负的阻尼转矩，因而无助于交流系统的稳定；④当整流侧采用定功率控制时，由于功率的给定值是由上一级的控制系统形成，其时延、判断、比较和计算等环节响应速度慢，对需要快速功率支援的弱交流系统的稳定帮助不大。
2.直流输电系统的现代控制策略
2.1非线性控制在直流输电系统中的应用
卢强等人经过研究，发现将非线性控制应用在电力系统当中是一个非常可行，并且有效的方法，不仅如此，他们还将微分几何的方法应用于HVDC系统当中，自从发现可以将非线性控制应用在电力系统当中以后，国内外许多学者都对非线性控制在电力系统当中的应用进行了大量的研究。各学者通过研究发现，将非线性控制运用在直流输电系统当中能够获得非常好的动态性能，使整个系统的性能提高到一个新的水平。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在前文当中介绍的，在直流输电系统当中运用的控制方法都有着自己不可避免的弊端，比如说无法控制工作点变化，以及距离问题，但是将非线性控制，运用到直流输电系统当中可以很好的克服这种问题。非线性控制可以很好的克服传统控制方法中的工作点变化或大扰动情况对系统控制的影响，HVDC本身就是一种非常典型的非线性系统，因此，在HVDC当中运用非线性控制，
对整个系统而言是非常有效的。将非线性控制运用在HVDC当中，可以更简单的设计出控制器，并且整个HVDC系统当中有很多不确定因素，而非线性控制可以很简单的解决系统模型当中这些不确定因素。
2.2鲁棒控制在直流输电系统中的应用
电力系统具有强不确定性和随机性，参数变动大、系统庞大、模型复杂的特点，由于运行方式的变化或者故障的发生，经常导致系统参数大范围的变化。因此要求电力系统中的控制器必须能够适应这种变化，保持系统良好的性能，也就是说，需要具有强的鲁棒性。
鲁棒控制在直流输电系统，能够在系统参数变化(如运行方式改变等)、存在未建模动态(如换流阀动态模型等)和未知函数(如故障发生等)情况下，保持系统稳定和动态性能。国外关于鲁棒控制在直流输电系统中的研究在上世纪90年代中期开展的比较多。而近期国内的研究学者也很关注鲁棒控制在交直流输电系统中的应用。
2.3智能控制在直流输电系统中的应用
智能控制可以对没有准确数学模型或者数学模型极其复杂、一般控制方法不能进行有效控制的系统加以控制，在近年来获得了飞速的发展，主要发展包括有模糊控制、神经网络和遗传算法等。模糊控制主要利用模糊理论，通过模糊化、模糊推理与模糊判决三个步骤来实现对系统的控制。神经网络主要依靠模拟人类神经元的构造，通过多个神经元组合成一个复杂的网络，能够通过自学习功能模拟强非线性系统。遗传算法是通过模拟物种进化中的优胜劣汰原理，来实现系统的优化，一般用于复杂的多维优化问题。在HVDC系统的控制器设计中，GA主要应用于控制器参数的优化上，以使系统的性能最优。
2.4综合协调控制在直流输电系统中的应用
交直流输电系统在一个电网内同时存在，采用直流系统的附加控制能有效地阻尼电力系统振荡，对于提高电力系统运行的安全性和稳定性起到有效作用。当多馈入直流输电系统出现后，如果采用局部或无协调的控制策略，就容易使各系统之间出现不稳定的相互作用，如何协调其相互之间的关系，是目前的一个研究热点。另外直流系统本身就存在有整流、逆变、直流输电线路和无功补偿装置等多个环节，并且其地理分布具有广阔性，如何协调其之间的相互作用，使HVDC系统能传输更多的有功功率，而无需系统提供更多的无功需求，也需要对整个系统进行协调和优化。
结语
从目前现有的结果来看，可以发现已经对单直流输电系统和交直流混合输电系统有了非常深入的研究，并且已经将这些输电系统与现代控制技术进行了有效结合，比如说非线性控制，自适应控制等。从实验当中也可以发现这样的结合可以使整个HVDC系统获得更好的控制性能，虽然有很多研究现在还没有真正投入到使用当中，虽然他们目前还处于在实验室研究的阶段，但是从研究当中就可以发现，一旦将这些现代控制技术结合到直流输电系统当中，可以为直流输电系统的安全性再加一层保障，因为将现代控制技术运用到直流输电系统当中可以使整个输电系统的运行变得更加稳定。
参考文献
[1]卢强,孙元章.电力系统非线性控制[M].北京:科学出版社,1993.
[2]李兴源,刘红超,邱晓燕,等.改善暂态稳定性的HVDC非线性控制策略[J].电力系统自动化,2002,26(14):15-19.
论文作者:张峥
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
标签：系统论文; 电力系统论文; 功率论文; 性能论文; 逆变论文; 策略论文; 稳定论文; 《电力设备》2019年第5期论文;