電力電子化電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析研究

陳建鋒

摘要：從電力系統(tǒng)穩(wěn)定影響因素角度出發(fā)，對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行研究是對(duì)電力系統(tǒng)整體安全性能的保障。影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的四大主要因素為：常發(fā)故障部位、系統(tǒng)運(yùn)行方式、故障處理時(shí)長、微機(jī)保護(hù)。文章從系統(tǒng)運(yùn)行的視域下對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的控制以及實(shí)際研究現(xiàn)狀進(jìn)行了探析，將控制電力系統(tǒng)運(yùn)行的具體方向進(jìn)行了歸納總結(jié)，以期為我國電力系統(tǒng)的全局控制提供借鑒。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);暫態(tài)穩(wěn)定性;電網(wǎng)輸電線路

0引言

我國電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)增，使電力暫態(tài)穩(wěn)定性的相關(guān)問題逐漸凸顯出來，電力系統(tǒng)在出現(xiàn)故障現(xiàn)象后，給人民帶來的最直觀的影響是大區(qū)域、長時(shí)間的生活缺電，嚴(yán)重影響了人民的生產(chǎn)與生活[1-2]。在電力系統(tǒng)全面崩潰的情況下，由于電網(wǎng)之間的聯(lián)系較為薄弱，以至于在輸電系統(tǒng)建設(shè)過程中，暫態(tài)穩(wěn)定性事故常有發(fā)生。在暫態(tài)穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ)下，電網(wǎng)傳輸容量在通常情況下會(huì)隨之受到影響。電網(wǎng)輸電線路的傳輸容量在暫態(tài)穩(wěn)定性要求的限制下，需要對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)研究以及系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性進(jìn)行分析。可為我國在電網(wǎng)傳輸能力方面直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

1電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制的研究現(xiàn)狀

保證和提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的重要前提是采用與配置相符的自動(dòng)保護(hù)裝置。在具體的運(yùn)行管理方面，自動(dòng)保護(hù)裝置控制中心的安全穩(wěn)定運(yùn)行是對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的保障。通過前期對(duì)可能發(fā)生事故的預(yù)想，可為后期的突發(fā)事故處理起到預(yù)防的作用[3]。當(dāng)自動(dòng)保護(hù)控制中心出現(xiàn)系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性分析是當(dāng)前最具經(jīng)濟(jì)性的措施之一。當(dāng)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性在受到較大的干擾后，發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率和電氣功率會(huì)出現(xiàn)輸出不平衡的問題，當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)部在問題發(fā)生時(shí)沒有提出具體的解決方案，會(huì)使系統(tǒng)失去平衡性。我國電力系統(tǒng)的科研人員正是秉承將這一根本問題放置主體地位的原則，致力于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性控制措施的研究。

2電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定全局控制

電力系統(tǒng)中故障的發(fā)生常具有突發(fā)性，可從以下宏觀的角度對(duì)電力系統(tǒng)范圍內(nèi)的問題提出有效解決方案。

線性控制論是根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)的控制要求進(jìn)而衍生出的控制規(guī)律，在系統(tǒng)進(jìn)行解耦的基礎(chǔ)上對(duì)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化是依據(jù)線性化設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行的根本目的[4]。此類方法適用于電力系統(tǒng)受到大幅度震動(dòng)時(shí)所導(dǎo)致的平衡點(diǎn)偏離等控制效果削弱問題。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的故障點(diǎn)是跟隨不同的條件以及環(huán)境更新變化的，如果僅按照某一運(yùn)行特點(diǎn)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行電線調(diào)整和控制，則不會(huì)將此自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能發(fā)揮至極致。對(duì)此，需要針對(duì)不同運(yùn)行點(diǎn)的控制方法進(jìn)行在線計(jì)算，在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究過程中，應(yīng)保證分散自適應(yīng)控制是否能夠滿足系統(tǒng)運(yùn)行的條件。

在電力電子化電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性控制結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程中，控制非線性系統(tǒng)的有效手段是微分幾何法，可實(shí)現(xiàn)在新坐標(biāo)系下的新型線性系統(tǒng)精確化。在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的非線性系統(tǒng)控制器調(diào)節(jié)方法的應(yīng)用過程中，需要對(duì)每臺(tái)機(jī)器進(jìn)行均衡控制，從實(shí)踐中證明理論的精準(zhǔn)性。此種控制方法的優(yōu)勢在于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)中的控制器是獨(dú)立存在的個(gè)體，不會(huì)造成參數(shù)的聚集，便于操作人員對(duì)子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行選取[5]。

3電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定局部控制

3.1切機(jī)控制

切機(jī)在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的子系統(tǒng)控制中具有較強(qiáng)的實(shí)際操作作用，根據(jù)目前的固定邏輯，可結(jié)合上文所述的線性控制論對(duì)電子化電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行切機(jī)數(shù)量的確定。在結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可發(fā)現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定性的控制規(guī)律是在穩(wěn)定分析計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行的“對(duì)號(hào)入座” [6]。暫態(tài)穩(wěn)定性問題雖然具有較強(qiáng)的非線性，但對(duì)于種類繁多的故障類型卻難以自適應(yīng)，主要依靠過往的時(shí)間經(jīng)驗(yàn)以及控制策略表。

在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下，人工智能已經(jīng)逐漸應(yīng)用至電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析研究過程中，在與專家進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)的交流溝通中，可將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況進(jìn)行技術(shù)的鑒別以及發(fā)電機(jī)的失步判定。因人工具有較強(qiáng)的信息處理能力以及儲(chǔ)存能力，所以對(duì)于更具復(fù)雜性的子系統(tǒng)可以采用線下的數(shù)據(jù)處理與分析，在電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性設(shè)置過程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類和函數(shù)逼近能力，可以促進(jìn)切機(jī)以不同故障的搖擺模式進(jìn)行更高位數(shù)的查閱。

3.2快速汽門控制，

電力電子化系統(tǒng)中的快速汽門控制（Fast Valve Control）可以對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行控制。在一些規(guī)模較大的生產(chǎn)廠家，汽輪機(jī)組已經(jīng)逐漸發(fā)展快速汽門控制系統(tǒng)，主要在遠(yuǎn)距離大容量的輸電發(fā)電廠機(jī)組進(jìn)行應(yīng)用。其主要原理為快速汽門控制規(guī)律在電力系統(tǒng)中的作用，在汽門的效益控制（Benefit control）、啟動(dòng)方法（Starting method）以及控制閥的選擇（Selection of Control Valve）三個(gè)方面進(jìn)行實(shí)際的操作探究。在電力系統(tǒng)中快速汽門的“悶缸時(shí)間”成為對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性敏感度影響的主要原因，“悶缸時(shí)間”主要是指閥門開關(guān)時(shí)間、中控系統(tǒng)延遲時(shí)間以及系統(tǒng)啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間等。在以往的實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，快速汽門控制能力可成為電力電子系統(tǒng)中暫態(tài)穩(wěn)定性的控制輔助措施，在仿真實(shí)驗(yàn)中，擴(kuò)展面積法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法可估算快速汽門的控制規(guī)律，并廣泛應(yīng)用于電子系統(tǒng)中起到控制協(xié)調(diào)的作用。

3.3其他控制技術(shù)

除了上文所提到的控制措施，穩(wěn)定器（PSS）可為電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行根本抑制，在近年來的實(shí)際應(yīng)用中，可優(yōu)化電力電子化電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，并延伸應(yīng)用至AI技術(shù)領(lǐng)域，深化改造人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)控制器。近年來，電力電子器件和超導(dǎo)技術(shù)（Superconducting Technology）的發(fā)展，對(duì)電子化電力系統(tǒng)的直流輸電功率調(diào)控以及串聯(lián)強(qiáng)補(bǔ)可以最大功率對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)以FACTS技術(shù)定為研究方向，為控制系統(tǒng)提供潮流條件，為電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定控制提供了暫緩條件，在GPS的的加持下，可為系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)收集提供精準(zhǔn)的測量手段以及實(shí)時(shí)的定位跟蹤，對(duì)電力電子化電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性研究提供參照。

4結(jié)語

綜上所述，在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析過程中，可以通過現(xiàn)有的科學(xué)理論成果，如人工智能、線性控制理論等全局性控制技術(shù)以及快速汽門控制、切機(jī)控制等局部控制技術(shù)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定進(jìn)行輔助應(yīng)用。應(yīng)用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)技術(shù)整體提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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