1 引言
　　直流輸電（HVDC）系統(tǒng)功率調(diào)制技術(shù)可用于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該技術(shù)已被成功應(yīng)用于提高交直流混聯(lián)系統(tǒng)的功率傳輸能力[1>及所聯(lián)交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性[2>。天廣（天生橋—廣州）±500 kV HVDC單極工程已于2000年12月投入運行，雙極已于2001年6月全部投入運行，這標(biāo)志著我國第1個超高壓大容量交直流混聯(lián)運行電力系統(tǒng)正式形成[3>。天廣交直流混聯(lián)系統(tǒng)接線及其正常潮流分布如圖1所示。

本文研究了天廣交直流混聯(lián)系統(tǒng)中天廣直流雙側(cè)頻率功率調(diào)制對改善該混聯(lián)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的作用，還基于典型兩機(jī)系統(tǒng)的非線性直流調(diào)制控制器，構(gòu)建了天廣交直流混聯(lián)系統(tǒng)的非線性直流調(diào)制控制器，并做了將其應(yīng)用于實際系統(tǒng)的仿真實驗，以便與原有的雙側(cè)頻率功率調(diào)制效果進(jìn)行比較。

2 天廣直流調(diào)制的原理
　　天廣HVDC具有雙側(cè)頻率功率調(diào)制功能[4>，該調(diào)制以整流側(cè)某一母線及逆變側(cè)某一母線的頻率偏差作為輸入信號（天廣HVDC雙側(cè)頻率調(diào)制信號取自天生橋換流站220kV母線和廣州換流站220kV母線），然后分別經(jīng)微分、濾波、導(dǎo)前補(bǔ)償、陷波濾波和放大環(huán)節(jié)加以合成，再經(jīng)限幅器后將其輸出調(diào)節(jié)信號Pmod作為附加功率控制信號與功率控制指令信號進(jìn)行綜合，從而對直流輸出功率進(jìn)行控制，達(dá)到改善交直流混聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。雙側(cè)頻率功率調(diào)制的原理如圖2所示。圖2中，Td1、Td2為微分環(huán)節(jié)時間常數(shù)，s，該環(huán)節(jié)用于產(chǎn)生超前相位；Tf1、Tf2為濾波器時間常數(shù)，s；e1、e2為引導(dǎo)補(bǔ)償因子；K1、K2為調(diào)制增益；A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2為陷波濾波器參數(shù)；這些參數(shù)的取值分別與表1中的Td、Tf、e、K、A、B、C、D相同；下標(biāo)1、2分別代表整流側(cè)和逆變側(cè)；Pmax和Pmin起限幅作用。上述參數(shù)，特別是K對交直流系統(tǒng)并聯(lián)運行的穩(wěn)定性有較大影響，由于控制系統(tǒng)的非線性，這些參數(shù)不能通過解析法得到，必須采用動態(tài)仿真程序?qū)γ恳惶囟ㄏ到y(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行深入細(xì)致的研究[5>。經(jīng)大量計算分析得知，表1中的調(diào)制參數(shù)可對系統(tǒng)有較好的調(diào)制效果。

3 天廣交直流混聯(lián)系統(tǒng)直流調(diào)制仿真實驗
　　本文基于天廣交直流混聯(lián)系統(tǒng)的實際正常運行方式建立了仿真系統(tǒng)，其潮流分布如圖1所示。采用NETOMAC傳真軟件分別在退出和投入功率調(diào)制情況下，對系統(tǒng)運行中可能發(fā)生的數(shù)十種故障情況進(jìn)行了時域仿真實驗。圖3為由仿真計算得到的天生橋—平果交流雙回線路中的一回線路在天生橋側(cè)發(fā)生三相短路故障后天生橋二極發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)功角搖擺曲線。在功率調(diào)制的作用下，第1擺的峰值相位由沒有直流功率調(diào)制時的132.2°降為110.8°，這表明直流功率調(diào)制對穩(wěn)定系統(tǒng)第1擺峰值有明顯作用。而快速響應(yīng)的勵磁系統(tǒng)通常只能降低第1搖擺角度幾度[6>。圖4為上述故障發(fā)生后天廣直流功率的動態(tài)變化，由于直流功率調(diào)制的作用，在故障切除后20~100ms內(nèi)直流系統(tǒng)提供的功率比沒有調(diào)制時多100MW左右，這個容量為改善第1擺峰值的暫態(tài)穩(wěn)定性做了準(zhǔn)備。圖5、6分別為另一回天生橋—平果線的有功功率、平果變電站母線電壓的動態(tài)變化，由圖5、6可見，在直流功率調(diào)制的作用下，系統(tǒng)的功率振蕩得以快速抑制，系統(tǒng)電壓也迅速恢復(fù)至正常狀態(tài)。

4 典型直流非線性調(diào)制控制器的構(gòu)建
　　HVDC系統(tǒng)具有復(fù)雜的非線性控制特性，直流側(cè)電壓是交流側(cè)電壓的函數(shù)，而交流母線電壓與全系統(tǒng)的狀態(tài)具有復(fù)雜的非線性關(guān)系。文[7>以提高和改善交直流混聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性為目的，基于非線性系統(tǒng)狀態(tài)反饋精確線性理論，提出了如圖7所示的典型交直流混聯(lián)系統(tǒng)非線性調(diào)制控制器。由于實際的天廣交直流混聯(lián)系統(tǒng)具有相當(dāng)復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，如直接以實際系統(tǒng)為模型建立狀態(tài)方程來得到非線性控制規(guī)律是很困難的，也不現(xiàn)實；因此本文借鑒文[7>的方法，將天廣交直流混聯(lián)系統(tǒng)送、受端視為等值系統(tǒng)，忽略廣西中間系統(tǒng)，采用簡單的系統(tǒng)模型設(shè)計了非線性調(diào)制控制器。

圖中，PL1、PL2分別為等值發(fā)電機(jī)1和等值發(fā)電機(jī)2的地方負(fù)荷，等值發(fā)電機(jī)1（其輸出功率為Pe1）和等值發(fā)電機(jī)2（其輸出功率為Pe2）可代表兩個容量不等的電力系統(tǒng)，Pac為并聯(lián)交流系統(tǒng)功率，Pdc為直流系統(tǒng)功率，直流系統(tǒng)功率的狀態(tài)方程可寫為
　　
式中 Pdcref為直流功率的給定值；Td為直流系統(tǒng)的等效時間常數(shù)；Pmod為直流系統(tǒng)的控制量。旨在改善交直流輸電系統(tǒng)大干擾穩(wěn)定性的HVDC系統(tǒng)非線性調(diào)制控制規(guī)律為
　　

式中 下標(biāo)1、2分別代表整流側(cè)和逆變側(cè)；w12為相對旋轉(zhuǎn)角速度；D1、D2為阻尼系數(shù)；TJ1、TJ2為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)，推導(dǎo)中假設(shè)

。對于天廣直流整流側(cè)的貴州、云南電網(wǎng)和逆變側(cè)的廣東電網(wǎng)，設(shè)Wk為發(fā)電機(jī)動能、SB為機(jī)組容量，由 近似求取慣性時間常數(shù)作為等值系統(tǒng)的TJ1和TJ2，取TJ1=

6.0、TJ2=6.1， 取時

間常數(shù)Td=0.006。將以上各值代入式(2)得到關(guān)于天廣直流輸送功率參考值的一個調(diào)制量，如式(3)所示，通過調(diào)節(jié)直流線路輸送的有功功率可提高交直流混聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　

5 仿真結(jié)果的對比分析
　　在采用非線性調(diào)制功能的情況下對天廣交直流混聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了時域仿真實驗。圖8為天生橋—平果交流雙回線路中的一回線路在天生橋側(cè)發(fā)生三相短路故障后天二水電站的發(fā)電機(jī)功角搖擺曲線，由圖可見，在這種故障情況下，采用非線性調(diào)制與采用雙側(cè)頻率功率調(diào)制在降低第1擺的幅值方面效果幾乎相當(dāng)。圖9為仿真計算得到的云南羅平—天生橋換流站220kV交流線路在天生橋側(cè)發(fā)生三相對地短路故障后天二水電站的發(fā)電機(jī)功角搖擺曲線。在這種故障情況下，采用雙側(cè)頻率功率調(diào)制降低第1擺曲線幅值的效果比采用非線性調(diào)制的略好，它還降低了發(fā)電機(jī)功角后續(xù)搖擺的搖擺幅度。
　　上述現(xiàn)象與其他十余種故障情況的仿真結(jié)果有相似之處，即在廣西境內(nèi)并聯(lián)的天廣交流系統(tǒng)發(fā)生故障時采用非線性調(diào)制比采用雙側(cè)頻率功率調(diào)制的效果略好，而在貴州、云南、廣東境內(nèi)發(fā)生故障時采用雙側(cè)頻率功率調(diào)制比采用非線性調(diào)制的效果略好，但總的看來，兩者在減少第1搖擺穩(wěn)定峰值方面的效果基本一樣。上述現(xiàn)象可解釋

為：由于天廣交直流系統(tǒng)自身固有的復(fù)雜性，非線性調(diào)制控制規(guī)律式(3)的推導(dǎo)及應(yīng)用過程中難免存在一些問題。首先，式(3)是根據(jù)等值交直流并列運行兩機(jī)輸電系統(tǒng)推導(dǎo)而來的，將其應(yīng)用于天廣交直流系統(tǒng)存在模型上的偏差；其次，將與其并列運行的交流系統(tǒng)（如廣西電網(wǎng)）簡單視為一回交流線路也是不準(zhǔn)確的；再次，采用精確線性化方法設(shè)計控制器時，要求已知被控對象的數(shù)學(xué)模型，并保持其參數(shù)不變，控制對象的參數(shù)改變時，由原始系統(tǒng)參數(shù)得到的控制規(guī)律的魯棒性便會變差?？傊?，模型等值的準(zhǔn)確性影響了非線性控制器的效果，這一問題還需在以后進(jìn)一步深入地研究。

6 結(jié)論
　　本文結(jié)合天廣交直流混聯(lián)系統(tǒng)的實際情況，研究了采用直流功率調(diào)制改善交直流并聯(lián)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的問題，得到以下研究結(jié)論：
　?。?）直流功率調(diào)制可明顯改善交直流混聯(lián)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，同時快速抑制了交流系統(tǒng)的功率振蕩和電壓波動；
　?。?）采用非線性直流調(diào)制與采用常規(guī)的雙側(cè)頻率功率調(diào)制，在改善交直流混聯(lián)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性方面的效果相近；
　　（3）將基于典型兩機(jī)系統(tǒng)的非線性直流調(diào)制控制器應(yīng)用于實際系統(tǒng)時，某些情況下的調(diào)制效果反而不如常規(guī)的雙側(cè)頻率功率調(diào)制，經(jīng)綜合比較得知，常規(guī)雙側(cè)頻率功率調(diào)制對電網(wǎng)運行的適應(yīng)性更好；
　?。?）應(yīng)用簡單系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型探索實際系統(tǒng)的非線性直流調(diào)制控制規(guī)律必須特別重視其魯棒性問題。由于實際交直流系統(tǒng)往往具有非常復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在直流工程中能否實際應(yīng)用非線性調(diào)制技術(shù)還需深入研究。

（轉(zhuǎn)載）