交直流混联系统Markov切换模型及协调控制技术研究

In order to improve the performance of coordination control of hybrid AC/DC under random disturbance, it is very important matter to study the technology that could track different operational mode of large power grid and its stability control. According to the difficulty to satisfy complex and changeable stability operational need of hybrid AC/DC for the traditional data acquisition system and power grid partition technology, firstly it is necessary to research on power grid real-time monitoring technology of improved Hilbert-Huang Transform (HHT) and partition method of ordered binary decision diagram (OBDD) based on the wide area measurement system (WAMS), then consider complex dynamic interaction behavior of hybrid AC/DC, the state transition matrix whose part transition probabilities are known is used to establish the markov switching model, so as to characterize operational state of equipment of hybrid AC/DC, and construct the different coordination control model of multi-infeed DC system and multi-infeed AC/DC system based on robust control theory. According to the network characteristics of large power grid under different operational mode, the coordination control method and strategy of dynamic stability of hybrid AC/DC are studied, so as to expand the in-depth application of markov switching model in global dynamic stability control of hybrid AC/DC.

为了提高随机扰动下交直流混联系统协调控制性能，研究能跟踪交直流混联系统不同运行方式下大电网稳定控制技术已成为当务之急。项目针对传统数据采集与电网分区技术难以应对运行条件复杂多变的交直流系统稳定运行需求，在研究基于改进希尔伯特-黄变换的电网实时监测技术以及基于有序二叉决策图的大电网新型分区方法的基础上，借助广域测量系统，综合考虑交直流混联系统的复杂动态交互行为，利用部分转移概率未知的状态转移矩阵，建立多馈入交直流系统实时运行状态的马尔科夫(Markov)切换模型，构建基于鲁棒控制理论的多馈入直流系统及多馈入交直流混联系统的协调控制模型，考虑不同运行方式下大规模交直流系统的复杂网络特性，研究系统的动态稳定协调控制方法与控制策略，拓展基于Markov切换模型在交直流系统全局动态稳定控制中的深入应用。

大规模交直流混联系统的复杂动态交互行为以及多种随机扰动导致的运行方式频繁多变已严重威胁到系统的安全稳定运行，为了应对这一挑战，本项目围绕系统运行方式多变的大规模交直流混联系统的安全稳定控制问题展开研究。首先，利用广域测量系统的准确同步动态信息，提出了一种基于快速经验模式分解滤波和改进希尔伯特-黄变换的自适应相量评估算法，该算法可以自适应地滤除广域测量系统关键站点中非线性不平稳信号的衰减直流分量，提高了故障相量的评估精度，使得从全局角度对系统进行同步观测以及利用此类精细数据对电力系统进行全面分析与控制成为可能；在此基础上，通过分析电力系统分区解列前后的拓扑结构和运行特性的变化，给出了跨区域电力系统网络拓扑的化简方法，并提出了基于有序二叉决策图（OBDD）的大电网分区解列技术，该技术可以在短时间内为处于极端状态下的电力系统提供合理的分区解列方案，从而增强了跨区域互联电力系统运行的安全可靠性；同时，在分析交直流混联系统的动态复杂交互行为与广域测量系统的时滞和丢包特性的基础上，综合考虑了系统参数误差、外界干扰等不确定性扰动，建立了能反映交直流混联系统实时运行工况的多状态马尔科夫(Markov)切换模型，并基于李雅普诺夫稳定性理论提出了含多馈入直流输电的交直流混联系统非线性Markov切换控制器和逆最优反推控制器，提高了不同运行状态下系统的时滞稳定性和鲁棒最优性，与此同时，为了避免复杂的计算处理过程，提出了利用系统设备的停运率和修复率代替Markov状态转移速率的方法，提高了控制策略的工程实用性；最后针对柔性直流输电系统运行工况多变的情况，提出了基于PCHD模型的换流站级无源控制策略，同时为了提高系统运行性能，在无源控制基础上加入了滑模控制，借助其良好的动态特性改善了系统的暂态响应性能，使得系统在发生运行工况变化时具有更强的鲁棒性。本项目的一系列研究成果为建立我国交直流混联系统安全稳定运行理论体系奠定了基础，具有广阔的应用前景。