（电力系统及其自动化专业论文）基于agent的高压交直流混合系统协调控制研究.pdf

本文第一章论述了国内外交直流输电系统的发展现状以及国内外交直流协 调控制方法的探讨及存在的问题。 第二章主要介绍了直流系统本身的特点，概述了高压直流输电系统的基本 结构、组成直流输电系统的基本元件和直流输电系统的控制原理和控制方式等， 同时给出了交直流混合输电系统的数学模型。 第三章首先介绍了多a g e n t 技术的特点及a g e n t 的基本结构，接着构建了 基于多a g e n t 的电力系统协调控制的m a s 结构，同时对m a s 的协调机制作了 研究和探讨。 第四章探讨了三机交直流系统的协调控制，包括三机交直流系统的m a s 结构的建立，各a g e n t 的协调方案，各a g e n t 采用j d k 2 0 编写程序代码，结合 高压直流输电系统的仿真软件n e t o m a c 进行仿真以证明该方法的效果。 第五章探讨了南方电网中发电机与直流控制的m a s 协调策略，针对南方 电网中由于交童流控制的不协调引发的低频振荡问题，建立了发电机控制和直 流控制的m a s 结构，并进行了南方电网中发电机控制和直流控制的协调机制 研究。仿真结果证明该方法极大程度抑制了低频振荡，改善了交直流系统的稳 定性。 关键词：交直流混合输电系统、人工智能、协调控制、a g e n t 、m a s u t h er e s e a r c ho fc o o r d i n a t e dc o n t r o lb a s e do na g e n t a p p l y i n gt oh i g hv o l t a g ea c d cs y s t e m m a j o r - e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n g r a d u a t e ：q u n y i n gl i ua d v i s o r ：t i a n q il i u d u r i n gt h ep r o c e s so fc a r r y i n go nt h ed e v e l o p i n gs t r a t e g i e s t h ew e s tp o w e r t r a n s m i t t e dt ot h ee a s ta r e a a n dt h el i n k e dg r i do ft h ew h o l ec o u n t r yp r e s e n t l y ，d c t r a n s m i s s i o n ，w h i c hc a nt r a n s m i th u g ep o w e ra l o n gal o n gd i s t a n c ea n di se a s yt o l i n kw i t hg r i d ，i si n c l u d e di nt h ep r o j e c t w i t ht h e c o m p l i c a t i o na n dt h ef a s t d e v e l o p m e n to fm o d e r n i z e dc o n t r o lt e c h n i q u e s ，m a n yc o n t r o l l e r sa r ec o n s t a n t l y u s e di na c d cs y s t e m ，a n dt h e s ed i s t r i b m e dc o n t r o l l e r sc o m m o n l yf u n c t i o nb y r e c e i v i n gt h el o c a li n f o r m a t i o n ( s u c ha sc u r r e n t ，v o l t a g ea n df r e q u e n c y ) i n s i m p l ep o w e rs y s t e ml i k es i n g l eg e n e r a t o rs y s t e m , t h e yw o r kw e l l ，h o w e v e r , i n c o m p l i c a t e ds y s t e m ，t h e yc a n tb e h a v ew e l l u n d e rs o m es e r i o u sc o n d i t i o n s ，t h e y d o n te v e nf i n i s ht h el o c a lc o n t r o lt a s k sa n da tl a s ti a f l u e n c et h es t a b i l i t yo fw h o l e s y s t e m t h e r e f o r e ，t h ec o o r d i n a t i o np r o b l e mo fc o n t r o l l e r si na c f d cs y s t e mh a s a l r e a d yb e e na ni m p o r t a n tt o p i ca b o u tp o w e rs y s t e ms t a b i l i t y u pt on o w , a c c o r d i n gt ot h ec o r r e l a t i v er e f e r e n c e sa n dr e s e a r c hr e s u l t s t h e c o n t r o l l e r sc o o r d i n a t i o np r o b l e mi sr e s o l v e db yl i n e a ro r1 3 0 1 1 1 i n e a r o p t i m i z e d c o n t r o lt h e o r i e s t h ep o w e rs y s t e mi s t y p i c a lo fn o n l i n e a ra n dt i m e l y c h a n g e d s y s t e m b a s e do nt h er e a s o nt h a tt h eo p e r a t i o nm o d ei sc o n s t a n t l yc h a n g e da n dm a n y n o n - m o d e l i n gp a r t ，t h et h e o r yo fl i n e a ro p t i m i z e dc o n t r o lc a n td oa n yf a v o rt oi t a l t h o u 曲t h en o n - l i n e a rt h e o r yc a nr e s o l v et h en o n - l i n e a rp r o b l e m ，i tc a r tn o td e a l w i t ht h en o n - m o d e l i n gp a r t t h u s ，o t h e ri d e a sm u s tb ei n t r o d u c e dt or e s o l v et h e i l l p r o b l e m s 1 1 1t h i sa r t i c l e t h ea r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ea n dm o d e r n i z e dc o n t r o lt h e o r i e s a r ec o m b i n e dt or e s o l v et h ep r o b l e m s b yu s eo ft h ep r o m i n e n tc h a r a c t e r i s t i c so f a g e n t ，an e wt h o u g h ti sp u tf o r t ht or e s o l v et h ep r o b l e mo fc o o r d i n a t i o nc o n t r o li n p o w e rs y s t e m i n c h a p t e rl ，t h ed e v e l o p m e n to fa c d cs y s t e ma n dt h ec o o r d i n a t e dc o n t r o l m e t h o d sh o m ea n da b r o a da r ep r e s e n t e d a tt h es a m et i m e ，s o m ep r o b l e m se x i s t i n g a r ed i s c u s s e d i nc h a p t e r2 ，b yi n t r o d u c i n gt h eb a s i cs t r u c t u r e ，t h ee l e m e n t s ，c o n t r o l t h e o r ya n dc o n t r o lm o d eo fh v d c ，i t sm a i nc h a r a c t e r i s t i c sa r ep r e s e m e d a tt h e s a m et i m e t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f a c d cs y s t e mi sp r e s e n t e d i nc h a p t e r3 ，t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n db a s i cs t r u c t u r ea r ef i r s ti n t r o d u c e d ，a n d t h e n ，t h em a ss t r u c t u r eo fc o o r d i n a t e dc o n t r o li np o w e rs y s t e mi sc o n s t r u c t e d a t l a s t ，t h ec o o r d i n a t i o nm e c h a n i s mo f m a s i sd i s c u s s e d i nc h a p t e r4 ，t h ec o o r d i n a t i o nm e c h a n i s mo ft h r e eg e n e r a t o r sa c d cs y s t e mi s d i s c u s s e d ，i n c l u d i n gt h ec o n s t r u c t i o no fm a ss t r u c t u r eo ft h r e eg e n e r a t o r sa c d c s y s t e ma n dt h ec o o r d i n a t i o np r o j e c to fe v e r ya g e n t e v e r ya g e n ti sp r o g r a m m e db y j d l ( 2 0 c o m b i n e dw i t l lt h ep o w e rs y s t e ms i m u l a t i o ns o f t w a r en e t o m a c t h e s i m u l a t i o nr e s u l t si d e n t i f yi t se f f e c t i nc h a p t e r5 ，t ot h el o wf r e q u e n c yp o w e ro s c i l l a t i o np r o b l e mo f s o u t hg r i d ，t h em a s s t r u c t u r eo fg e n e r a t o r sc o n t r o la n dd cc o n t r o li sc o n s t r u c t e d ，t h ec o o r d i n a t i o n m e c h a n i s mb e t w e e ng e n e r a t o r sc o n t r o la n dd cc o n t r o li ns o u t hg r i di sd i s c u s s e d t h es i m u l a t i o nr e s u l th a si d e n t i f i e dt h a tt h em e t h o dc o n t r o l st h el o wf r e q u e n c yp o w e r o s c i l l a t i o na n di m p r o v e st h es t a b i l i t yo f a c d cs y s t e m k e yw o r d s ：a c d cs y s t e m 、a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e 、c o o r d i n a t e dc o n t r o l 、a g e n t 、 m a s v 四川i 大学硕士研究生学位论文 第一童绪论 1 1选题背景与研究意义 1 8 世纪的8 0 9 0 年代，是电力系统的初创时期。1 8 8 2 年在美国纽约建成 了世界第一个完整的电力系统。这是一个由发电机、电缆和负载组成的直流电 力系统。然而由于直流输电系统的局限性，人们转而研究交流输电技术，并在 上一个世纪之交，确立了交流输电系统进一步发展和应用的基本取向，从而带 来了本世纪交流高电压输电和电力系统的大发展。在交流输电系统大发展的同 时，直流输电以其输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点受到国内外电 力工作者的青睐“1 ”。5 0 年代开始，高压直流输电开始发展，从1 9 5 4 1 9 9 8 年， 世界上有许多国家相继建成直流工程并投入实际运行。瑞典于1 9 5 4 年首先建成 第一条3 8 0 k v 输电线，此后美国、加拿大等欧美国家相继使用3 3 0 - - 3 4 5 k v 输电 系统。1 9 6 4 年，美国建成第一条5 0 0 k v 输电系统。1 9 6 5 年，原苏联建成4 0 0 k v 直流输电线路。1 9 6 5 年，加拿大建成7 6 5 k v 输电线路。1 9 8 9 年，原苏联建成一 条世界上最高电压1 1 5 0 k v 、长1 9 0 0 公里交流输电线路。到8 0 年代世界上已投 入运行的直流输电工程共有近3 0 项，总输送容量约2 万兆瓦，最长的输送距离 超过1 千公里。并且还有不少规模更大的工程正在规划设计和建设中。 中国开始对直流输电的研究始于1 9 世纪6 0 年代，1 9 8 7 年我国自行设计的 5 4 k m 舟山直流输电工程建成，1 9 9 0 年葛一南线建成。到1 9 9 7 年底，5 0 0 k v 超 高压输电线路总长度己超过1 3 0 0 0 k m 。现在正在建设容量为1 8 0 0 兆瓦的天生桥 广州5 0 0 k v 直流输电工程，积极筹备三峡一华东的第一条直流输电线 路的建设。”“。直流输电技术的发展，促进了今天国内外高压交直流系统的形 成。可以预见，直流输电由于其在远距离大容量送电和电网互联等方面的优点 在我国有进步应用的前景。到2 0 1 0 年，随着三峡输电系统的建成，在我国中 部将形成沿长江流域包括川渝、华中、华东电网在内的三峡交直流电力系统， 预计总容量将会接近2 0 0 吉瓦。与此同时，北方的华北、东北、西北电网将实 现互联，南方电网将进一步加强。届时，全国将形成北、中、南三大互联电网 的格局。通过它们之间的互联，预期2 0 2 0 年左右将基本实现全国联网。 但是，我们必须看到，在技术上，直流输电还存在着控制系统技术复杂、 四川大学硕士研究生学位论文 与交流输电系统相配合时可能诱发次同步谐振、低频振荡等问题。“1 。随着 电网互联进程的不断推进，无论是国外还是国内的电力系统将逐渐成为非常复 杂的交直流混合系统。这样的大系统涉及的用电范围更广，控制设备更多，因 此稳定问题将变得愈加重要。如波兰、捷克、匈牙利电网同期接入u c p t e 西欧 电网之后，即观察到弱阻尼的甚至负阻尼的频率和功率振荡，北美系统在进一 步加装p s s 过程中就出现由于相互协调导致低频现象出现甚至加剧，美国8 1 4 事件等充分表明这种类型事故是当前及未来电网运行安全稳定的最大威胁。因 此，当系统遇n ； i - 部干扰后，交、直流系统能否相互配合协调，它们的配合能 否维持整个电力系统的稳定；要维持它的稳定性需要更多更复杂的控制装置， 这些控制装置相互之间能否协调工作，如果不能，如何使它们协调工作。而且， 它们的加入对整个系统有否负面影响等等一系列的问题都在不断出现。这些问 题无论是在中国还是在世界范围内都是具有实际意义的重大研究课题，都值得 引起人们的高度重视并展开深入的研究。基于此，把交直流混合系统的协调控 制问题作为我的研究课题是有一定的理论和现实意义的。 1 2国内外控制方法现状探讨 协调控制的概念和原理主要是针对被控对象、环境、控制目协调控制问题 是根据被控对象的目标或任务的复杂性而提出的。而计算机科学、人工智能、 信息科学、思维科学方面的新进展，从不同角度为协调控制的实现奠定了必要 的理论和技术基础。高压交直流混合系统是动态高维复杂系统：它的高度非线 性、模型不确定性、分布式的控制器、动态交变、复杂的信息模式、庞大的数 据量以及严格的特性指标为协调控制的实现带来极大的障碍。随着各类控制器 的复杂化，用传统的控制理论和方法来解决协调问题已经不可能。从国际国内 相关文献资料 3 7 4 3 分析，当前所采用的控制理论和方法及存在的局限性如 下： ( 1 ) 传统控制理论只能处理线性问题，对非线性问题的处理也是在一定范 围内线性化，然后用线性理论来解决。电力系统的高度非线性使得它的应用受 到限制。电力系统控制模型基本都是建立在以数学为工具的精确模型上。这种 精确模型，在简化问题的过程中，使原问题丢失很多信息。 ( 2 ) 传统控制理论虽有办法对付被控对象的不确定性和复杂性，但它的作 四川i 大学硕士研究生学位论文 用范围受到很大限制。如自适应控制和鲁棒控制，也可克服系统中所包含的不 确定性，达到优化控制的目的。但都是通过对系统某些参数的估计，以补偿的 方法来克服干扰和不确定性，较适合定范围内的慢变化情况。鲁棒控制则是 在一定的外部干扰和内部参数变化作用下，以提高系统的不灵敏度为宗旨来抵 御不确定性，其鲁棒的区域是很有限的。因此在实际应用中，自适应和鲁棒控 制都存在难以弥补的严重缺陷，应用有效性也受到很大的限制。 ( 3 ) 传统控制输入信息比较单一，而现代复杂控制要以各种形式一视觉的、 触觉的、以及直接操作方式，将周围环境信息，如图形、文字、语言、声音和 传感器感知的物理量，它要随环境与条件变化，相应采取对策或行动，这样的 控制需要自适应、自学习和自组织功能。 当前用于直流输电工程的控制技术基本源于传统控制理论。直流系统中控 制器是分散的，有些控制量难以用精确数学模型表达，运用传统控制理论很难 对它们建立能够统一控制的数学模型。文献 1 - 2 0 探讨了直流系统中的潮流 计算模型的建立方法以及控制方法等，虽然从中已能窥见现代控制理论的雏形， 但还是不能摆脱数学模型的建立和一系列尝试性的数学方法的应用。当前针对 直流系统建立的数学模型都是进行过许多理想化的假设。这样处理后得出的控 制结果并不精确，有的甚至相去甚远。 较之直流系统，在交直流输电系统中，控制之间的关系更加复杂，交流控 制和直流控制相互影响、相互牵制，只要任何一方出现扰动或者参数整定不合 理，必将影响另一方的控制稳定，从而影响整个系统的稳定。为了保证交直流 系统的整体稳定，交流侧和直流侧的控制稳定都必须同时顾及。文献 2 2 - 3 7 研究了交直流系统的动态特性，基于非线性理论、模态辩识和人工智能等思想 提出了变结构控制、分散协调控制、模糊控制和基于测试信号的小扰动稳定分 析等方法来设计交直流系统的附加控制，将交流和直流系统纳入一个整体来研 究其共同的动态特征。这些方法在一定程度上提高了交直流系统的动态稳定， 但在协调交直流控制参数方面依然存在建模复杂、计算量大、适应能力差等缺 点。 电力系统的发展在呼唤新技术的出现，分布式人工智能的一个重要分支一 多a g e n t 技术，因身怀解决上述问题的绝技而被电力工作者寄予厚望。基于当前 控制技术的发展水平，在高压交直流系统中，用! 多a g e n t 技术解决高压交直流混 四川大学硕士研究生学位论文 合系统的稳定问题已经变得可彳亍。许多相关研究正在展开。根据国内外文献 【4 4 - 6 4 】，a g e n t 技术的巨大作用已经在很多方面得到探讨和研究。在我国，许 多学者探讨了如何使用多a g e n t 技术来解决继电保护方面的问题“、电力市场 以及发电厂部分的问题“9 ”1 、电网调度管理方面o ”以及电力系统安全控制的问 题“，已经取得了一定的成果。文献 5 3 - 5 5 基于多代理协调机制研究了紧急 情况下的二次电压协调控制，拓展了代理的覆盖范围，使其不仅包括代理所在 节点，而且包括与代理相邻的节点，改善了紧急情况下系统的电压管理能力。 本文用多a g e n l ；技术来解决电力系统中当前控制存在的协调问题，是非常适合 的，并取得了较为理想的结果。 总之，交直流混合系统中线路复杂、控制器众多、控制器间信息交互困难， 将多a g e n t 技术引入高压交直流混合输电系统来构造多a g e n t 系统，结合数学 算法提出合理、实用的协调机制，充分利用现代控制技术、计算机和通信技术 的发展优势，使高压交直流系统向着优化、协调方向发展，是目前和今后的一 大研究趋势。 1 3 论文思路和结构 电力系统中各类控制器的设计与应用随着计算机和通信技术的发展和自身 的特点而得到广泛应用。与此同时，由于各类控制器的建模基点的差异而导致 的相互间的信息交互和协调问题也愈加突出。针对当前这一问题，本文通过人 工智能技术一多a g e n t 技术与数学方法的结合，建立了m a s ，以解决由于控制 器间不协调引发的些问题。 本论文第二章详细介绍了各类控制器的基本设计原理以及电力系统和系统 中高压直流系统的基本特点和结构，目的在于分析个控制器间存在的差别。 本文第三章研究了基于多a g e n t 的电力系统协调控制的智能体构架，介绍 了如何建立电力系统协调控制的m a s 结构，根据多控制系统模型结构建立了 多控制系统智能体体系结构，并且对m a s 中各a g e n t 间的协调机制及具体的实 现方式作了研究。 本文第四章研究了三机交直流系统的协调控制，根据三机交直流系统模型 建立了m a s 结构，制定了各a g e n t 的协调方案。结合高压直流输电系统的仿 真软件n e t o m a c 进行仿真，证明了该方法的效果。 四川大学硕士研究生学位论文 第五章主要研究了电力系统中发电机与直流控制的m a s 协调策略。本章 通过建立南方电网中两个电厂的发电机控制和两条直流线的直流控制的m a s 结构，并嵌入交直流系统输出变量的非线性协调优化算法模块，根据具体的电 网结构讨论了发电机控制和直流控制的协调机制，通过改善两条交流线上的低 频振荡的实际例子来证明其方法的有效性。 第六章的主要内容是对本论文的总结和对m a s 在将来电力系统协调控制 的方法和策略的发展前景的展望。 1 4 本文所做的工作 本论文所做的工作主要有以下几点： ( 1 ) 在数字仿真程序n e t 跳a c 中实现对直流系统的仿真模拟 ( 2 ) 运用多a g e n t 技术与高压直流系统结合建立协调控制模型 ( 3 ) 根据具体模型进行协调控制策略的初步研究 四川大学硕士研究生学位论文 第二章高压直流输电系统的控制原理 和数学模型 2 1 直流输电系统的数学模型和元件 h v d c 系统的主要元件包括换流器、平波电抗器、谐波滤波器、无功功率 支持、电极、直流输电线、交流断路器等。以双极系统为例，如图2 1 ，其它结 构的元件与该图所示基本类同。 交流 无功 功率源 直流平波电抗器 图2 1直流输电系统模型 f i g 2 1t h e1 3 ( 2t r a n s m i s s i o ns y s t e mm o d e 2 1 1 换流器的数学模型 当换流器采用准稳态模型时，换流站交直流两侧电压、电流与触发角、换 相角和熄弧角之间的稳态关系方程式直接列出如下式( 2 - 1 ) 。在该方程式中，用 a 、卢、，分别表示滞后触发角、超前触发角、换相角和熄弧角；下标d 表示直 流侧，r 和1 分别代表整流和逆变侧，0 表示空载，( 1 ) 表示基波分量。 换流器的稳态方程为 6 四川大学硕士研究生学位论文 u m 。u m 。c 。s n r ：；m2 u m 。：旦半 。：一。， 2 等，”素k “1 。 其中，r 曲= 二x 月 万 式中：u 。为整流侧交流母线线电压有效值；k 。为整流变压器变比；r 为 等值换流电阻；b 为换相电抗。 当不计换流器损耗时，交流侧功率、基波电流和功率因数为： p r = u 嘏o i m = 囊ur i 吣 c o s i 9 r = 4 f u 。j r ( ，) s i n 。( 。】 旷等等 沼z ， c o s 2 弘1 o s c o s ( 】z 法 与整流器相对应，逆变器稳态方程有 u ：u d ，。c o s 占+ _ ：c o s ( 5 一+ y 1 ) 。= 知= 轰髟， p i = 一uwn i m = 小u i i m s m i q ，= 一妇，) s i n 川) “旷等等 c o s “栌扣o s ( 州川a 法 其中，卢= 万+ 7 ， ( 2 3 ) ( 2 。4 ) 2 1 2 调节系统的工作原理 调节系统的工作原理是对调节器输入不同的调节信号，其输出作用于相位 四川大学硕士研究生学位论文 控制电路，经过脉冲发生装置改变换流器触发脉冲的相位，从而实现调节作用。 采用不同的调节信号将得出不同的调节特性，并使整个直流输电系统具有不同 的运行特性。并且，整流器的调节特性还应该与变压器的调节特性相配合。整 流侧可能的调节方式有定电流如、定触发角口。、定最小触发角口。一定功率 ，k 、定整流侧变压器最大变比一、定整流侧变压器最小变比0 m m ，常用的 基本调节方式有定电流和定功率两种。逆变侧可能的控制方式有定最小熄弧角 y 。，定电压u 。，定电流、定功率，z 、定逆变侧变压器最大变比瓦。、 定逆变侧变压器最小变比正，常用的调节方式有定电压和定熄弧角两种。整 流侧和逆变侧的基本调节方式将合并成整个直流系统的四种调节方式。另外， 在基本的调节方式下，常附加某些控制措施。例如，整流侧采用定电流调节方 式时，常附加最小熄弧角限制。有时为了利用直流输电系统的快速调节特性来 改善整个交直流系统的运行性能，在换流器的调节器中引入某些附加的输入信 号( 如交流系统某些线路的传输功率、发电机转速、系统的频率等) ，这种情况 通常称为调制控制。 2 2 直流系统的控制与特性 2 2 1 控制的基本原理 高压直流系统通过控制整流器和逆变器的内电势( v d o r e o s ) 和( v d o i c o s y ) 来控制线路上任一点的直流电压以及线路电流( 或功率) 。这是通过控制阀 的栅门极的触发角或通过切换换流变压器抽头以控制交流电压来完成的。 基本的控制方式应满足下列要求： ( 1 ) 防止交流系统电压的变化引起直流电流大波动； ( 2 ) 保持直流电压在额定值附近： ( 3 ) 送端受端功率因数尽量高； ( 4 ) 防止换相失败及逆弧。 2 22 控制特性 为了限制过电流和防止系统因为交流电压的波动而导致系统停运，h v d c 系 统一般采用整流端定触发角控制，控制电流，逆变端定熄弧角控制，控制电压。 其他运行方式均是由于系统条件变化、某些量越限，由基本方式转化来。 四川大学硕士研究生学位论文 为满足以上所表明的基本要求，应将电压调节和电流调节加以区别，并将 它们分置在不同的换流端。在正常运行条件下，整流器维持恒定电流( c c ) ， 逆变器运行在恒定熄弧角( c e a ) 以维持足够的换相裕度。用稳态电压一电流 ( v - i ) 特性可以最好地解释这种控制机制的基础，如图2 - 2 所示。以电压v d 和电流i d 形成坐标，在直流线上的某个公共点可以测量出它们的值。我们将这 个点选为整流器端。整流器和逆变器的特性都可以从整流器上测量，从而逆变 器特性包括了线路上的电压降。 a 一旦达到n 。i n ，就不可能再升高电压，整流器将运行在恒定触发角 ( c i a ) 。所以，整流器特性曲线实际上有两部分( a b 和f a ) 。f a 部分对应于 最小触发角并且表示c i a 控制方式：a b 段表示整流器通过改变a 角来维持恒 定电流。但是，。角不能小于它的最正常的恒定电流( c c ) 控制方式。 v d hb 图2 - 2 换流器逆变和整流组合特性 f i g 2 - 2 t h ec o m b i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si nt w os i d e 在大多数h v d c 系统中，要求每一个换流器既可作整流器、也可作为逆变 器使用。每个换流器的特性曲线包括三部分：相应于qr a i n 的恒定触发角( c i a ) 特性曲线、恒定电流( c c ) 特性曲线和恒定熄弧角( c e a ) 特性曲线。 无论是整流侧还是逆变侧控制电流，在确定电流指令时都要考虑电流限制。 确定电流指令时必须考虑的限制一般为以下三种情况：最大电流限制、最小电 流限制和依赖于电压的电流指令限制( v d c o l ) 。 ( 1 ) 最大电流限制 9 四川= 学硕士研究生学位论文 为避免换流阀受到过热损害，一般短时间最大电流限定在正常满负荷电流 的1 2 到1 3 倍。 ( 2 ) 最小电流限制 当电流值较低时，电流的波动会引起它的不连续或间断。因此，在1 2 脉波 的运行情况下，电流在一个周期内会被中断1 2 次。由于在中断瞬间电流变化率 很高，会在变压器绕组和直流电抗器上感应出高电压( l d i d t ) ，这种情况是不 允许的。 当直流电流处于低值时，叠弧很小，可能引起每个阀桥两端之间设置的保 护间隙发生闪络。 ( 3 ) 依赖于电压的电流指令限制( v d c o l ) “依赖于电压的电流指令限制”( v d c o l ) 防止和低电压条件下的运行状 况有关的问题。它的作用是在直流电压下降到一定程度之时相应地降低直流电 流指令。在交流故障恢复阶段，由于有了v d c o l 环节，直流电流指令将会在 直流电压恢复到足够水平以后再复原，这一过程将有助于直流系统的恢复。 图2 3 即为综合v d c o l 、最小电流和最小触发角限制的静态伏安特性。 图2 - 3v d c o l 、最小电流和最小触发角限制的静态伏安特性 f i g 2 - 3 t h es t e a d y - s t a t ev - ic h a r a c t e r i s t i c si n c l u d i n go f l i m i t a t i o n s 2 2 3 直流输电系统的控制 直流输电系统控制的主要目标是增加交流系统机电振荡的阻尼，提高系统 的暂态和动态稳定性。直流控制系统但大体均分为四层：阀组控制、极控制、 四川i 大学硕士研究生学位论文 主控制，其组成及其在直流控制中的功能如下所述。 ( 1 ) 阀组控制 阀组控制位于直流输电系统控制结构的最底层，它确定一个换流桥内阀的 触发时刻，并确定口。和芦盅极限，在控制分层中有最快的响应。触发脉冲相 位控制装置是阀组控制的最核心环节，它接受极控制传递来到的触发延迟角信 号，将其转化为六个或者十二个触发脉冲，加到可控硅控制极，实现整流或者 逆变过程。 ( 2 )极控制 极控制是直流输电系统的控制结构的中间层，它的主要任务是接收从主控 制传来的电流指令，并将其转化成到触发角的整定值，具体是通过直流电流控 制、关断角控制、直流电压控制以及交流电压控制和一定的保护序列之间的协 调来完成控制角的选择。它的动作主要有起动、解除闭锁和换流桥控制的平衡 与协调。 每个换流站的极控制都装备有恒电流控制回路，依照由主控制传递来的电 流指令j 。实现控制。在交流系统故障环境下，电流指令经v d c o l 环节重置。 恒电流控制回路的输出作用于触发装置，即桥控制。相应于电流控制回路，在 逆变侧，这一级控制中还包含恒电压或最小熄弧角控制。整流侧和逆变侧的控 制方式配合是整个直流系统控制的核心。 ( 3 ) 主控制 主控制的作用是接收调度中心发布的直流功率指令，根据功率指令计算电 流指令，并提供协调的电流指令给所有的极。它实际就是确定个直流输电系 统的运行点，把从控制系统中心接收到的功率指令j p 转换为电流，。，并将其 传送到极控制。 ( 4 ) 附加控制 附加控制的主要作用是拓展直流系统的控制能力、改善交流系统的动态特性、 提高整个交直流系统的稳定性。它通过引入整流站、换流站交流侧频率、电压、 电流以及功率等信号，通过微分、滤波、放大、限幅等环节，对直流系统进行 控制。 上述几层控制的作用顺序的具体实现如图2 - 4 所示。 四川大学硕士研究生学位论文 图2 - 4 直流控制流程图 f i g 2 _ 4 t h ef l o wc h a r to f t h ed cc o n t r o l 总之，直流输电系统虽然涉及的元件众多，换流器和调节系统模型比较复 杂，但它是高度可控的，可以通过改变换流器的整流侧触发角口和逆变侧熄弧 角y 以及换流器变比来直接改变直流电流的大小，控制响应速度很快。 2 3 交直流输电系统模型 本论文主要讨论交直流系统的交流系统和直流系统的协调问题，为了后面 研究的方便起见，这里有必要说明交直流系统之间的联系及其相应的方程，本 文将交直流输电系统模型简化为图2 - 5 所示。 i n r 医赢卜二o 直流系缔l 丁鬲 f 交流系统卜卜一一旧州。卜 1 交流系统 u 0l 一1 一 一1 + 。一 p 。 交流联络线 。r - - - - - - 。j 图2 - 5 交直流联络系统连接示意图 f i g 2 5 t h el i n k e dd i a g r a mo f a c d cc o l l e c t e ds y s t e m 不计波过程时，可将直流线路适当分成若干段，每段用集中参数r 、l 、c 组成t 型或者“型等值电路，然后将各段进行连接得出全线路的等值电路，并 四川i 大学硕士研究生学位论文 列出它们的微分方程。将直流线路与整个电网联系起来时，还要建立统一的 a c d c 系统方程。 根据图2 5 所示交直流系统简化图，设与直流相连的交流端标号为t ，加入 直流后，与直流相连的交流端，其相应的功率方程和雅可比矩阵应为： p t s p p 。：一p | k = 0 式中，咯为直流端注入的功率量 出功率量。 ( 2 5 ) 匕为交流负荷；气为直流端等效的输 角，则直流端等效的输出功率值气= f ( u ，爿) ，此时直流端的有功偏差变为： a 只( u ，x ) l a q ，( u ，x ) l = 0 ( 2 1 0 ) la r ( u ，) j 刚兰罐 协， 交直流输电系统涉及的元件众多，交流系统、换流器和调节系统模型比较 复杂，但交流侧主要为发电机控制以及一些线路控制，控制的动作较易实现； 而换流器和调节系统是高度可控的，可以通过改变换流器整流侧触发角口和逆 变侧熄弧角y 以及换流器变比来直接改变直流电流的大小，控制响应速度很快。 四j i 大学硕士研究生学位论文 第三章基于a g e n t 的电力系统协调控制的 智能体构架 根据第二章的介绍可知，高压直流输电系统的控制一般分为四层实现，由 于运行方式较多，因此整流侧和逆变侧控制必须相互配合运行以适应外部环境 的变化。但由于电力系统中控制器的不断加盟，各控制问的协调愈加重要，因 此不可能依靠原有的控制来提高整个交直流系统的稳定性，必须引入新的控制 理论和方法来解决控制间的协调以达到提高整个交直流系统的稳定性。本文研 究利用多a g e n t 技术来协调电力系统各控制特性以解决控制器间不协调引发的 问题。 3 1引言 在电力系统中，系统的协调问题是一项悬而未决的技术难题。所谓电力系 统的协调问题，是指基于当前的控制技术、计算机网络技术和通信技术条件下， 电力系统的各局部控制系统硬件和软件异构，不能实现实时信息交流和资源共 享；控制系统各自为政，各系统在接收信息、分析问题、作出决策及发生动作 等方面，不能与其他控制系统进行协商以顾全全局。由于电力系统是一种高维 动态系统，整个系统特性与各组成子系统特性及其关联特性相关，不论生产和 变换能量的原动机、发电机还是输送、分配电能的变压器、输配电线路及用电 设备等，只要其中任何一个元件发生故障，都会影响电力系统的正常工作，其 控制系统的动作会给其它控制和电气设备带来或正或负的影响。因此，如果各 控制之间缺乏沟通和协调，负面影响可能波及整个电力系统。然而，协调问题 更多的涉及了个体的思想、感觉和行为规范的整体调整，硬件方面的改进只能 在某些程度上改善控制的性能，不可能赋予控制以人的心智成分，包括承诺、 意念、能力、经验、决策等。致力于软件的研究成为解决系统协调问题的最终 途径。自从电力系统推行自动化以来，电力系统的软件开发主要采用基于面向 对象的方法。无庸鼍疑，该方法的出现和发展曾极大推动了电力系统自动化的 四川大学硕士研究生学位论文 快速发展。然而，随着电力系统网络化进程的加快，分布式应用在不断增加， 原有的思维模式由于自身缺乏良好的主动性和适应性，对象之间缺乏良好的协 作模式，因此不能满足当前电力系统控制技术在分布式网络环境下的应用要求。 对于解决系统内部各控制系统之间的交互和协作以及资源共享问题，传统的思 维模式已经无能为力，必须采用新的模式来重新构建电力系统自动化软件体系。 多a g e n t 技术( m u l t i a g e n t ) 就是完成这一使命的新技术。概括的说，a g e n t 是一种处于一定环境下包装的计算机系统。基于a g e n t 的基本执行单元，具有 实时处理多维信息、相互作用和有效传递信念、承诺、意图等功能，能够为完 成某一目标在特定环境中灵活、自主的活动。基于它的自治性、协作能力、反 应能力和自发行为特征，m a s ( m u l t i a g e n t s y s t e m ) 不仅研究单个代理复杂的 体系结构及这卜代理之间的简单交互，还研究大量代理之间的复杂交互，即建 立复杂的多a g e n t 系统模型。本文利用a g e n t 智能化的工作机制和强大的开发 应用功能，通过将电力系统各控制设备的控制规则转化为软件组件的进程和经 验，使用电力系统计算机控制网络作为一种环境来得到电力系统各控制之间的 协调问题的解决方案，再根据解决方案构建了一套新的框图模式，并根据多控 制系统的实际特点提出了小影响度优先法的协调方式，以期为电力系统各控制 之间的协调提供新的思想途径。 3 2 智能体a g e n t 智能体a g e n t 技术是人工智能领域当前的一个研究热点。随着a g e n t 技术 在各个领域的不断渗透，各领域研究人员根据自己领域中的实际情况，从不同 角度赋予了a g e n t 不同的内涵。其中，来自p a t i em a e s 的定义是比较有代表性 的，“自治或自主a g e n t 是指那些宿主于复杂的动态环境，自治感知环境中信息， 自主采取行动， 并实现系列预先设定的目标或任务的计算机系统”。 一般情况下，a g e n t 具有推理和学习能力、自主与协同工作能力以及在所处 环境中的灵活访问和迁移机制以及同其它智能a g e n t 的通信和协调机制，概括 起来就是智能性、代理性和机动协调性。 本文将根据多控制系统的控制目标特点，以及a g e n t 在系统中要承担的任 务来定义a g e n t 的功能。a g e n t 功能包括内部功能和外部功能。内部功能是指 a g e n t 对为完成自己的目标需要具备的素质；外部功能是指a g e n t 对除自身以 四川大学硕士研究生学位论文 外的环境的影响。 ( 1 ) 内部功能 能够保存来自被控对象的所有数据信息； 能够感知数据的变化并分辨变化类型； 能够分析引起控制状态变化的原因； 能够运用自己的处理规则解决出现的问题。 ( 2 ) 外部功能 能够与其它a g e n t 、用户及其它外部对象进行信息交互和共享资源； 能够与其它a g e n t 进行协商与合作，从全局出发完成自己的任务； 基于这些定义的功能，本文将该给出个体a g e n t 的结构组成。如图3 1 所 刁x 。 图中各模块的含义如下 图3 1 个体a g e n t 体系结构 f i g3 - 1s i n g l e a g e n ts t r u c t u r e 6 四川大学硕士研究生学位论文 信息交互模块：负责a g e n t 与除自身外的外部( 包括用户、其它a g e n t 等) 的通信，用于接收外部信息以及发送a g e n t 内部信息( 如协作要求、任务执行 结果等) 。