基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)分析

丁晨

摘 要：電力系統(tǒng)作為我國社會(huì)中的重要能源系統(tǒng)，其安穩(wěn)運(yùn)行對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活質(zhì)量提升有較強(qiáng)的影響作用。為了保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，電力行業(yè)一般采用特定的繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定控制技術(shù)，現(xiàn)階段，以電力系統(tǒng)響應(yīng)為基礎(chǔ)的暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)，受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。在此背景下，本文對(duì)基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)展開了探討，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定控制;電力行業(yè);電力系統(tǒng)

引言：基于電力系統(tǒng)響應(yīng)的暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)中其它元件模型的影響可以忽略不計(jì)，還具有獨(dú)立運(yùn)行模式及故障監(jiān)控預(yù)判等優(yōu)點(diǎn)。電力系統(tǒng)中采用此項(xiàng)技術(shù)，在制定電網(wǎng)控制系統(tǒng)時(shí)可以更完備，進(jìn)而大大地提高電網(wǎng)暫態(tài)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。因此，有必要基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)展開分析，以便使電力系統(tǒng)得到更好的發(fā)展。

一、電力兩大穩(wěn)定系統(tǒng)概論

第一，功角穩(wěn)定系統(tǒng)，其自身的優(yōu)勢(shì)在于在受到干擾沖擊后，仍能保持同步運(yùn)行的能力，在研究電力系統(tǒng)方向是重要課題。如若此項(xiàng)功能發(fā)生問題，在控制系統(tǒng)中運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相對(duì)角度增大的現(xiàn)象，最終很難保持同步運(yùn)行，造成電氣量不斷波動(dòng)，如電壓、功率等，引起整個(gè)系統(tǒng)崩潰。

第二，電壓穩(wěn)定系統(tǒng)，主要是設(shè)備在其初期運(yùn)行發(fā)生意外時(shí)，該系統(tǒng)依舊能維持設(shè)備電壓穩(wěn)定，優(yōu)勢(shì)在負(fù)荷需求和電力系統(tǒng)供電負(fù)荷兩者表現(xiàn)明顯。隨著后續(xù)電流的增加，負(fù)載的功率增大，系統(tǒng)中的電壓處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)所提供的負(fù)載功率不能隨電流變化時(shí)，系統(tǒng)電壓處于一種不平衡狀態(tài)[1]。

二、電網(wǎng)安全穩(wěn)定度影響因素分析

近幾年來，我國在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展上面的表現(xiàn)有目共睹，在大環(huán)境所創(chuàng)造的優(yōu)質(zhì)背景下，有關(guān)于民生和社會(huì)領(lǐng)域的各種事業(yè)均取得了顯著的改善和提升，其中一直以來處于世界我國基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)中的電力行業(yè)進(jìn)步明顯，其電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性直接地影響了整個(gè)國家社會(huì)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的健康順利進(jìn)行，因此，如何才能夠保證我們的電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定地運(yùn)行，成為了電力企業(yè)和工作人員廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著近年來中國電力事業(yè)的高速進(jìn)步和發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模越來越大，電網(wǎng)數(shù)量也越來越多，系統(tǒng)失穩(wěn)事故頻發(fā)，各種事故給人民群眾造成的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)損失也十分嚴(yán)重。所以，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行已成為亟需解決的民生核心問題。

影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的主要原因大致可分為以下三點(diǎn)。其一，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱導(dǎo)致電網(wǎng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。其二，電力系統(tǒng)缺乏甚至沒有合乎職業(yè)崗位的的技術(shù)，在工作中出現(xiàn)的意外問題多半從業(yè)人員缺乏相關(guān)的急救措施。其三，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，事關(guān)工作的管理手段及管理目標(biāo)，均不能適應(yīng)安全管理及系統(tǒng)穩(wěn)定的需要。構(gòu)建電網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作中需要認(rèn)真對(duì)待的問題[2]。

三、基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)的應(yīng)用及展望

（一）基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)的應(yīng)用

由于我國的電力系統(tǒng)本身就是一個(gè)極其復(fù)雜的非線性和動(dòng)態(tài)巨型系統(tǒng)，其中的電氣質(zhì)量和溫度變化影響范圍相對(duì)較大，自身還同樣具有運(yùn)行持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短的特點(diǎn)，因此，分析和計(jì)算相對(duì)繁瑣，為了能夠更好地維護(hù)和保障我國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的正常運(yùn)行，決定了我國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的過程相對(duì)復(fù)雜特點(diǎn)，要求必須進(jìn)行相關(guān)的安全控制策略分析及計(jì)算需要在發(fā)生事故前就做好相應(yīng)的預(yù)防和準(zhǔn)備。通常可以解決該問題的方式有兩種。其一，暫態(tài)功角穩(wěn)定控制技術(shù)。該方法主要是根據(jù)當(dāng)時(shí)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，后續(xù)在線決策系統(tǒng)服務(wù)器自己對(duì)電網(wǎng)中出現(xiàn)的相關(guān)問題進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析和計(jì)算，最后形成電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)控制策略表。其二，暫態(tài)電壓穩(wěn)定控制技術(shù)。根據(jù)電網(wǎng)在不同運(yùn)行狀態(tài)下可能發(fā)生的故障，系統(tǒng)通過穩(wěn)態(tài)計(jì)算分析，得出一種電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)控制策略分析與計(jì)算方法。

1.基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定控制技術(shù)

就當(dāng)下我國對(duì)于電力系統(tǒng)，基于暫態(tài)功角穩(wěn)定控制技術(shù)依舊在理論階段，對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的研究更多的是基于單機(jī)無窮大系統(tǒng)等方向，電力系統(tǒng)的完全暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)。核心是利用實(shí)時(shí)信息，考慮當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)未來搖擺狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。如若預(yù)報(bào)結(jié)果出現(xiàn)問題。通過等面積判據(jù)即可確定有效的切機(jī)量。此項(xiàng)技術(shù)在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用。能適應(yīng)多種系統(tǒng)運(yùn)行方式及各種故障。采用 GPS同步時(shí)鐘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的全局穩(wěn)定控制。利用 GPS同步時(shí)鐘相量測量單元，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生轉(zhuǎn)子角度的預(yù)報(bào)，從而有效地預(yù)測了系統(tǒng)的將來擺動(dòng)。若預(yù)測系統(tǒng)處于非穩(wěn)定狀態(tài)，則要及時(shí)發(fā)出切機(jī)指令，使其保持穩(wěn)定。技術(shù)可避免使用任何系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)。也可適應(yīng)系統(tǒng)的不同運(yùn)行方式和故障情況。因此該項(xiàng)控制技術(shù)值得推廣。

2.基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定控制技術(shù)

電力系統(tǒng)中基于響應(yīng)的電壓暫態(tài)穩(wěn)定控制。主要應(yīng)用于集中式斷路器的技術(shù)手段。基于事件的擴(kuò)展、集中對(duì)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變和擾動(dòng)反映了傳統(tǒng)的集中式負(fù)載控制技術(shù)的不足。在響應(yīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了集中式切割機(jī)的負(fù)載模式，主要是根據(jù)實(shí)時(shí)響應(yīng)信息來監(jiān)控系統(tǒng)的大范圍運(yùn)行。若監(jiān)測期間發(fā)現(xiàn)電壓瞬時(shí)穩(wěn)定的問題，則應(yīng)及時(shí)發(fā)出指令，確定斷路器斷路負(fù)荷的數(shù)量及位置，并結(jié)合監(jiān)測信息進(jìn)一步確定電壓變化的具體原因。同時(shí)，在產(chǎn)生暫態(tài)電壓穩(wěn)定問題時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生功角不穩(wěn)現(xiàn)象，為保證整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行控制。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)暫態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的集中控制，通信系統(tǒng)的安全快速建立大有裨益，此做法能及時(shí)將現(xiàn)場采集的相關(guān)信息反饋給控制中心，向控制中心快速發(fā)出切負(fù)荷指令。為改善基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)電壓暫態(tài)穩(wěn)定控制方法。相關(guān)人員還可以使用現(xiàn)有技術(shù)，并結(jié)合由電壓穩(wěn)定引起的瞬態(tài)、靜態(tài)和中期問題。建立基于數(shù)據(jù)的電壓安全全過程預(yù)警控制體系。

（二）基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)的展望

與多年前我國電力系統(tǒng)的重視程度不同，如今，電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)已被提上議事日程，它可以解決各種復(fù)雜的運(yùn)行條件和故障，具有廣泛的在線應(yīng)用前景，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)發(fā)展的重要方向。但是，有關(guān)數(shù)據(jù)如何有效利用，挖掘出可靠的系統(tǒng)穩(wěn)定特性，還需要做很多工作，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面著手。

其一，有關(guān)的研究尚未涉及延遲問題和壞數(shù)據(jù)問題。不確定時(shí)延、噪聲等對(duì)電力系統(tǒng)采樣和通信過程的干擾嚴(yán)重影響了暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)的實(shí)時(shí)性。因此，有必要建立一個(gè)合理的數(shù)學(xué)模型來研究廣域通信中的滯后性問題，分析其影響，并有針對(duì)性地進(jìn)行解決。可以進(jìn)行有針對(duì)性的濾波，改善瞬態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的抗干擾性。

其二，研究了基于多種控制手段的應(yīng)急控制策略的必要性。實(shí)踐表明，可以采取一些措施來提高系統(tǒng)的暫態(tài)性能，例如，開關(guān)量控制、HVDC功率調(diào)節(jié)等。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，可綜合考慮各種控制方式的特點(diǎn)，采用最佳的應(yīng)急控制方式，以最小的成本維護(hù)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定。

其三，基于實(shí)時(shí)響應(yīng)的暫態(tài)穩(wěn)定自動(dòng)化控制技術(shù)。不能精準(zhǔn)地預(yù)測出控制后系統(tǒng)未來發(fā)展的真正軌跡，也就是說它們沒有首先經(jīng)歷評(píng)價(jià)控制后的系統(tǒng)特性。為了有效預(yù)防因控制器系統(tǒng)的過控或者是欠控引起事故，可以通過結(jié)合某些系統(tǒng)的快速仿真方式和手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)防誤、監(jiān)測策略的校正考核，以進(jìn)一步增強(qiáng)暫態(tài)穩(wěn)定式控制技術(shù)的可靠性[3]。

結(jié)論：

綜上所述，電力系統(tǒng)工作穩(wěn)定性和安全性的保障問題日益嚴(yán)重，相應(yīng)的系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的研究和開發(fā)活動(dòng)也在持續(xù)、深入地進(jìn)行。基于電力系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，結(jié)合數(shù)字化、實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化的電力科技發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)并應(yīng)用基于數(shù)字化響應(yīng)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定管理控制技術(shù)，能夠顯著電力系統(tǒng)運(yùn)行與管控的穩(wěn)定性，為電力行業(yè)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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