[发明专利]一种针对于背靠背换流站的三段式控制策略

权利要求书

1.一种针对于背靠背换流站的三段式控制策略，其特征在于，所述策略包括：

步骤1：建立背靠背直流互联系统的两区域三机组模型，将电力系统划分为两个研究系统，研究系统1为扰动发生区，研究系统2为非扰动发生区，其中研究系统1又进一步划分为子系统A和子系统B；所述扰动发生区内子系统A和子系统B通过交流联络线进行连接，背靠背换流站作为弱连接两端研究系统的HVDC联络线，背靠背换流站的一端接于交流联络线中，背靠背换流站的另一端与系统2相连，子系统A，子系统B以及系统2内均设置有相同的一组发电机组，其包括火电机组、水电机组、储能设备和燃气机组；

步骤2：对于所述两区域三机组模型中背靠背换流站进行建模，根据联络线节点功率平衡方程推导得到背靠背换流站功率传输方程：

公式(1)、(2)分别表示子系统A、子系统B经由交直流联络线传输功率状态方程，ΔP_tieA为子系统A经由交直流联络线传输功率，ΔP_tieB为子系统B经由交直流联络线传输功率，Δf_1A为子系统A的频率偏差信号，Δf_1B为子系统B的频率偏差信号，其中系统2作为馈入端向系统1支援功率ΔP_2d；

公式中，定义D_abs为绝对电气距离系数，其表示子系统A与子系统B的实际电气距离，定义为相对电气距离系数集，表示背靠背换流站与子系统A的相对电气距离，表示背靠背换流站与子系统B的相对电气距离；

步骤3：建立背靠背直流系统附加控制器模型，对两侧频差信号分别通过主动控制进行优化计算，以扰动系统1A和非扰动系统2的频差分别为主动控制器1输入量与主动控制器2输入量，所述主动控制器1与主动控制器2输出量与直流功率控制器的输入端相连；所述直流功率控制器的输出端通过距离控制器与系统1的交流联络线相连且直接与系统2相连，距离控制器表示相对电气距离集对于两端系统的影响，表示背靠背换流站在交流联络线的具体连接位置；

步骤4：当大扰动发生时，将频率响应阶段划分为第一频率下降阶段、频率到达频率最低点后直到直流联络线功率第一次恢复到额定值的第一频率恢复阶段、直流联络线功率第一次恢复到额定值后的第二频率恢复阶段；对于第一频率下降阶段，主动控制器所采用的算法为模型预测控制算法，模型预测控制算法的建模过程为：

步骤4.1：将所述两区域三机组模型中子系统A、子系统B、系统2的各发电机组模型的传递函数模型转化为状态空间模型，得到的第i个系统的状态方程为：

式中，x_i为状态向量，u_i为控制向量，w_i为扰动向量，y_i为输出变量，A_i为状态矩阵，B_i为控制矩阵，C_i为观测矩阵，F_i为扰动矩阵；

步骤4.2：将上述状态空间模型进行离散处理，得到离散化的线性方程组：

式中，A_id为离散状态矩阵，B_id为离散控制矩阵，C_id为离散观测矩阵，F_id为离散扰动矩阵，x_i(k)为离散状态向量，y_i(k+1)为离散控制目标；

步骤4.3:根据模型预测算法原理，需要根据当前时刻的状态向量x_i(k)以及方程(5)在预测时域对离散控制目标y_i(k+N_p|k)进行预测；

Y_i＝G_ix_i(k)+H_iu_i+P_iw_i (5)

式中，N_P为预测时域，表示从k时刻开始到未来n步的预测输出y_i(k+N_p)逼近到期望值y_r(k+N_p)，N_u为控制时域，其表示每个预测时域中的控制量通过计算而改变的数目；

最后采用优化函数进行求解，采用输出的预测误差的平方和控制量加权平方的二次型优化指标来设计控制器；在控制时域内通过n元二次函数构造二次性能最优化函数求其最小值；

式中，U_i为当前时刻待求的控制增量，Q是影响系统输出的加权矩阵，R是影响误差效果的加权矩阵，Y_r是期望输出变量，Y_i是预测系统输出量；

步骤5：频率到达频率最低点后直到直流联络线功率第一次恢复到额定值的第一频率恢复阶段，使用阶梯化分阶段恒功率模型：主动控制器的输入量以频率第一下降阶段最后采样时刻t_end为基准值，并采用n等分法依次改变下一时间间隔内控制量的数值；其中n表示控制时间间隔个数，Δt表示时间间隔长度，参数取值范围考虑到典型功率缺失场景下运行状态量以及频率下降以及恢复阶段总时长，通过计算得到相对应时间间隔以及时间间隔个数；

步骤6：直流联络线功率第一次恢复到额定值后的第二频率恢复阶段采用的主动控制器为PI控制器。