基于線性自抗擾的電力系統暫態電壓平衡控制方法

國網江蘇省電力有限公司常州供電分公司 陸 靜 鄭 蓉

隨著電網建設的不斷完善，與工業相關的市場用電需求程度也愈發顯著。結合對電力區域的劃分，市場已成功將我國用電電網規劃成多個分區，在不同電網分區內，高電壓、大容量電網建設逐漸形成電網建設的常態化趨勢，此種趨勢也在一定程度標志著我國電力產業的發展正逐步邁向一個新的階段。與此同時電力產業發展速度過快，也在一定程度上暴露了傳統電力技術的不完善問題。

總之，在現代化電力產業的建設與發展中，電力系統的運行仍存在顯著性市場風險，不僅電網安全受到了一定程度危害，同時配電網復雜多變的環境也對電網運行產生一定負擔。因此，如何保障電力系統在排除外界干擾的條件下做到可持續穩定運行，已成為我國社會亟需解決的問題。電力企業在針對此方面開展研究的過程中發現，電力系統的運行長期受電壓波動的影響，即電壓呈現嚴重閃變、存在干擾負荷等問題，這些問題不僅影響到電網的安全運行，甚至也在一定程度上對電網單位工作與后期運維人員的生命安全帶來了隱患。

1 基于線性自抗擾的電力系統暫態電壓平衡控制方法

1.1 電力系統暫態信號采集與處理

在對電力系統暫態電壓的平衡狀態進行控制時，需首先對電力系統的暫態信號進行采集和處理。傳統信號采集的方式在實際應用過程中存在兩方面的不足：一是在電力系統暫態電壓檢測過程中頻帶較寬時，需劃分大量的子帶，因此會造成暫態信號通道不匹配的問題，并最終控制成本會超出電力企業的可承受范圍；二是傳統暫態信號采集的方式使得控制方法在一定程度上出現局限性，實用性差[1]。因此，針對傳統采集方法存在的上述兩個問題，在眾多信號采集方法中選擇基于小波的采集方式，對電力系統產生的暫態信號進行采集，并對連續性的暫態信號進行離散化處理。將連續暫態信號采樣成離散信號，再經過量化、編碼等處理組成數字信號（圖1）。

圖1 電力系統暫態信號采集與處理流程示意圖

在對電力系統暫態信號進行處理時，利用小波濾波器將暫態信號連續降半分割到相應的層上。本質上小波濾波器就是一個半帶濾波器，根據電力系統在運行過程中產生的電流大小，判斷暫態信號傳輸的距離并對該信號進行D/A轉換，得到的電力系統暫態信號可為后續平衡控制策略的實施提供條件。

1.2 基于線性自抗擾的暫態電壓分區平衡控制策略

在電力系統運行過程中對配電網區域進行劃分，并引入本文上述完成采集和處理的暫態信號，以其作為基礎實現對各個區域中電力系統的協調和控制。結合線性自抗擾環流抑制器，當電力系統運行過程中電壓超過警戒值時，則優先進行區域內部的就地預防控制；若電力系統運行過程中電壓偏差繼續增加出現越限問題時，則再進行多個區域之間的協調控制。

當電力系統運行線路的節點電壓超出警戒值時，線性自抗擾環流抑制器應當轉變為區域內就地預防治模塊，通過就地無功補償的方式預防暫態電壓超出警戒值的問題產生[2]。當暫態電壓已出現超越上警戒值時，則區域內的線性自抗擾環流抑制器需要令控制器數值逐漸增加。當暫態電壓已出現超過下警戒值時，則區域內的分布式光伏電源的輸出容性會表現出無功增加。當電力系統運行過程中某一條線路上的節點暫態電壓出現越限問題時，由于區域內就地預防控制作用，該區域內的線性自抗擾環流抑制器的務工容量會逐漸消耗殆盡。同時，當電力系統運行時，下游區域的光伏無功補償對于電壓的越限節點電壓的影響會更大[3]。因此在對暫態電壓越限節點進行調節時，其調節參數應充分考慮到下游區域控制模塊發出的無功補償請求信號中的相應參數變化情況。若在這樣的條件下，暫態電壓的越限問題仍然無法得到解決，則還應當向上游區域控制模塊發送相應的無功補償信號。

2 對比實驗

為進一步對本文提出的控制方法在實際應用中能否為電力系統暫態電壓平衡狀態提供保障進行研究，本文設置如下對比實驗：實驗在Matlab當中計入當前電力企業中常見的配電網網架結構，并連入兩組相同規格的電力系統，分別讓兩組電力系統同時運行，其中一組當中引入本文提出的控制方法，另一組中引入傳統控制方法。假設在兩組電力系統中包括三個不同等級的配電網，分別為高壓等級、中壓等級和低壓等級。其中高壓等級為55kV～110kV、中壓等級為15kV～20kV、低壓等級為220V。分別對三種不同電壓等級進行編號為I、II和III。為方便實驗在配電網中均采用相對稱的恒定率負荷。在配電網當中引入多個故障節點，并在滲透率保持不變的情況下對電力系統進行控制，得出多個故障點的暫態電壓并將結果進行記錄（表1）。

表1 兩種控制方法實驗結果對比表

在相同滲透率的條件下，本文控制方法的中暫態電壓均能控制在0.170kV和0.290kV以下，而傳統控制方法的暫態電壓均超過了3.000kV。暫態電壓在不同滲透率下，數值越低則說明電力系統暫態電壓越平衡。通過對比實驗證明，本文提出的基于線性自抗擾的電力系統暫態電壓平衡控制方法在實際應用中具有更明顯的控制效果，能實現配電網中電力系統的穩定運行。

3 結語

為更好地解決電力系統在運行中存在的電壓平衡控制效果差的問題，本文結合線性自抗擾，通過獲取、處理運行信號等方式，實現對電力系統暫態電壓的平衡控制。在此基礎上，采用將本文控制方法與傳統控制方法進行對比的方式，得出本文控制方法在實際應用中對于電壓控制效果更為顯著的結論。綜合市場有關單位對此方面的研究，本文設計的控制方法更加適應用于現代化電力系統，為此可在后期的相關研究中嘗試將此方法投入市場，以解決部分電力產業在市場運行中的電壓不穩定缺陷。