電力調度自動化系統中小干擾穩定實時控制

國網湖北省電力有限公司鄂州供電公司 王麗娜

隨著電力調度自動化系統在生產生活中的大量應用，原有的緊急控制系統在運行時的運行參數靈敏度較低，而且往往會受到場景的誘因失效，導致系統中發生低頻振蕩，為維持電力調度自動化系統的穩定性提出了小干擾穩定實時控制的概念，根據對緊急控制系統存在的問題進行深入的分析研究，提出基于切機和切負荷為運行方式的小干擾穩定實時控制系統，該系統通過模擬電力調度自動化系統在線生成控制決策來有效解決電力系統振蕩問題，通過模擬大規模電力調度系統中出現低阻尼模態振動進行仿真實驗，該系統可通過對控制決策進行量化后減少系統阻尼，有效地抑制了系統振蕩模態。

0 引言

目前大部分工作人員憑借以往抑制區域振蕩的經驗和對緊急控制系統的了解，通常選用機組減出力和減負荷抑制系統振蕩。然而隨著大規模電力調度自動化系統的建成，電力系統的復雜程度不斷增加發生系統震蕩的可能性也越來越大，僅憑借工作人員以往的工作經驗已經不能滿足現在大規模電力調度自動化系統的發展要求，因此提出了基于切機和切負荷為運行方式的小干擾穩定實時控制系統，該系統通過模擬電力調度自動化系統在線生成控制決策來有效解決電力系統振蕩問題，對系統進行低阻尼模態振動仿真實驗，根據仿真結果，該系統可通過對控制決策進行量化后減少系統阻尼，有效地抑制了系統振蕩模態。

1 電力系統小干擾穩定分析

隨著電力調度自動化系統的發展，尤其是在大規模高壓電能的長距離輸送工程的實施中，大區域的電力調度自動化系統的動態穩定性問題限制大型電力調度自動化系統的輸送能力和整個系統的運行穩定性。為避免電力調度過程中出現的系統振蕩問題，以往一般運用的緊急控制系統例如利用安裝電力系統穩定器來對系統產生的振蕩進行有效的抑制。但緊急控制系統在某些場景下往往會受到場景的誘因失去效能，而且運行參數靈敏度較低，不能有效的對區域振蕩進行預防控制，在系統發生區域振蕩時，工作人員通常采用緊急控制系統來降低系統的低頻振蕩[1]。因此，在進行電力調度時會遭受到很多小的干擾，這些小干擾與大干擾的差別在于不會引起系統自身結構的變化。電力調度自動化系統小干擾穩定分析有利于提高電力調度系統的穩定性。因此，對電力調度自動化系統進行的小干擾穩定分析來判斷系統是否穩定。傳統的緊急控制與小干擾穩定實時控制系統在作用上大同小異，對兩者進行對比，對比結果如表1所示。

從表1中可以看出，小干擾穩定實時控制是通過先檢測到系統發生低頻振蕩后傳遞的反饋來抑制低頻振蕩，而傳統的緊急控制系統在進行低頻振蕩抑制時會因為不確定因素導致發生過控和欠控的現象[2]。小干擾穩定實時控制系統對比于復雜多變的緊急控制系統更加穩定單一，通過對小干擾穩定實時控制系統的模態阻尼和運行方式進行量化處理來實現[3]。

表1 緊急控制與小干擾穩定實時控制對比

2 小干擾穩定實時控制系統結構設計

通過上面對小干擾穩定實時控制系統的分析得知，工作人員通過小干擾穩定實時控制的反饋控制發現系統是否發生低頻振蕩，工作人員通過判斷電力調度系統為低阻尼模態振動后將指令發送到電廠，再由發電廠采取相應的控制措施來抑制系統震蕩，小干擾穩定實時控制系統因沒有專門的小干擾控制的自動裝置，因此對比于傳統的緊急控制系統流程簡單、便于控制，該系統主要起到幫助工作人員實時提供系統信息和輔助控制策略的作用。

在小干擾穩定實時控制實時監控系統是否發生振蕩過程中，一旦檢測到系統發生振蕩，小干擾穩定實時控制系統將系統當前的運行情況通過反饋來對在線控制決策進行快速量化處理。小干擾穩定實時控制是通過快速生成控制措施并及時對系統工作情況進行有效修正來減少系統振蕩。而系統運行參數的靈敏度對快速生成控制決策以及迅速量化處理的基礎。因此在當前電力系統的基礎上推導了更急簡便的計算方法，通過對系統采用線性化處理即可計算得到當前系統的靈敏度，計算過程簡便、工作量小。

3 仿真實驗及結果分析

以國內某大規模電網電力調度系統為例，說明小干擾穩定實時控制系統的具體工作流程。該電網包括A、B、C、D四省。通過對四省的電網區域振蕩模態進行分析和研究。

A城與C城隨著PSS的增強聯系逐漸加強。因此A城的系統振動模態可以得到有效抑制，由于C和E是雙回輸電通道，發生低頻振蕩的可能性很高需要加強檢測。

除此之外，D與F城同樣也采用雙回路連接的方式，而E城和D城通過單回路進行系統震蕩檢測容易造成該線路過載損壞，現對D城和F城進行雙回輸電線路振蕩仿真模擬實驗，假設D城和F城的單回路在 1s（50周期）發生區域低阻尼振蕩故障，系統在進行故障清除后仍保持系統穩定，但是會產生出低阻尼振動模態，因此小干擾穩定實時控制流程中對出現的低阻尼振動模態進行檢測。得到的系統振動仿真曲線如圖1所示。

圖1 系統振動仿真曲線

根據上圖1的仿真曲線，對初始周期即300時對得到的振蕩仿真曲線進行Prony 分析，根據判斷振動是否為第阻尼振動進行控制決策，得到小干擾穩定實時控制與緊急控制的低阻尼振動模態的反映靈敏度結果，如下表2所示。

表2 振動模態的運行靈敏度

從表2中可以看出，例如A城的靈敏度為正值的0.2368，表示A城減小了振動模態的實部增大了振動模態的阻尼。而C城所在的電廠的靈敏度為-0.0125，靈敏度為負值系統的振蕩阻尼隨著C城電廠輸出的加大而加大。

通過對比小干擾穩定實時控制與緊急控制的低阻尼振動模態的反映靈敏度結果，可以看出，小干擾穩定實時控制可以有效地提高運行靈敏度和抑制系統振蕩。

4 結束語

隨著電力調度自動化系統在生產生活中的大量應用，大規模電力調度的穩定性表現為低阻尼的振蕩穩定，原有的緊急控制系統在運行時的運行參數靈敏度較低，而且往往會受到場景的誘因失效，提出在系統發生振蕩時通過小干擾穩定實時控制實現以最小的負荷損失來抑制區域振蕩。小干擾穩定實時控制通過對控制策略進行量化處理，通過模擬大規模電力調度系統中出現低阻尼模態振動進行仿真實驗，結果表明小干擾穩定實時控制對比與傳統的緊急控制可以給工作人員人員提供最優的輔助控制措施的同時也可以有效的提高了系統工作過程中的靈敏度。