電力電子化電力系統暫態穩定性分析研究

陳建鋒

摘要：從電力系統穩定影響因素角度出發，對電力系統暫態穩定性進行研究是對電力系統整體安全性能的保障。影響電力系統運行的四大主要因素為：常發故障部位、系統運行方式、故障處理時長、微機保護。文章從系統運行的視域下對電力系統暫態穩定的控制以及實際研究現狀進行了探析，將控制電力系統運行的具體方向進行了歸納總結，以期為我國電力系統的全局控制提供借鑒。

關鍵詞：電力系統;暫態穩定性;電網輸電線路

0引言

我國電力系統規模的擴增，使電力暫態穩定性的相關問題逐漸凸顯出來，電力系統在出現故障現象后，給人民帶來的最直觀的影響是大區域、長時間的生活缺電，嚴重影響了人民的生產與生活[1-2]。在電力系統全面崩潰的情況下，由于電網之間的聯系較為薄弱，以至于在輸電系統建設過程中，暫態穩定性事故常有發生。在暫態穩定性要求的基礎下，電網傳輸容量在通常情況下會隨之受到影響。電網輸電線路的傳輸容量在暫態穩定性要求的限制下，需要對其進行相關的科學研究以及系統運行的可靠性進行分析。可為我國在電網傳輸能力方面直接產生經濟效應。

1電力系統暫態穩定控制的研究現狀

保證和提高電力系統暫態穩定性的重要前提是采用與配置相符的自動保護裝置。在具體的運行管理方面，自動保護裝置控制中心的安全穩定運行是對整個電力系統的保障。通過前期對可能發生事故的預想，可為后期的突發事故處理起到預防的作用[3]。當自動保護控制中心出現系統擾動時，對電力系統的暫態穩定性分析是當前最具經濟性的措施之一。當電力系統的暫態穩定性在受到較大的干擾后，發電機的機械功率和電氣功率會出現輸出不平衡的問題，當電力系統內部在問題發生時沒有提出具體的解決方案，會使系統失去平衡性。我國電力系統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，致力于電力系統暫態穩定性控制措施的研究。

2電力系統暫態穩定全局控制

電力系統中故障的發生常具有突發性，可從以下宏觀的角度對電力系統范圍內的問題提出有效解決方案。

線性控制論是根據對電力系統的控制要求進而衍生出的控制規律，在系統進行解耦的基礎上對子系統協調優化是依據線性化設計對整個控制系統運行的根本目的[4]。此類方法適用于電力系統受到大幅度震動時所導致的平衡點偏離等控制效果削弱問題。因為電力系統的故障點是跟隨不同的條件以及環境更新變化的，如果僅按照某一運行特點對電力系統進行電線調整和控制，則不會將此自動控制系統的功能發揮至極致。對此，需要針對不同運行點的控制方法進行在線計算，在電力系統暫態穩定性的研究過程中，應保證分散自適應控制是否能夠滿足系統運行的條件。

在電力電子化電力系統暫態穩定性控制結構的構建過程中，控制非線性系統的有效手段是微分幾何法，可實現在新坐標系下的新型線性系統精確化。在電力系統暫態穩定性的非線性系統控制器調節方法的應用過程中，需要對每臺機器進行均衡控制，從實踐中證明理論的精準性。此種控制方法的優勢在于電力系統暫態穩定系統中的控制器是獨立存在的個體，不會造成參數的聚集，便于操作人員對子系統中的數據進行選取[5]。

3電力系統暫態穩定局部控制

3.1切機控制

切機在電力系統暫態穩定性的子系統控制中具有較強的實際操作作用，根據目前的固定邏輯，可結合上文所述的線性控制論對電子化電力系統暫態穩定性進行切機數量的確定。在結合以往經驗的基礎上，可發現暫態穩定性的控制規律是在穩定分析計算基礎上進行的“對號入座” [6]。暫態穩定性問題雖然具有較強的非線性，但對于種類繁多的故障類型卻難以自適應，主要依靠過往的時間經驗以及控制策略表。

在科學技術迅速發展的時代背景下，人工智能已經逐漸應用至電力系統暫態穩定性分析研究過程中，在與專家進行系統技術的交流溝通中，可將網絡結構和運行工況進行技術的鑒別以及發電機的失步判定。因人工具有較強的信息處理能力以及儲存能力，所以對于更具復雜性的子系統可以采用線下的數據處理與分析，在電力系統的暫態穩定性設置過程中，神經網絡的分類和函數逼近能力，可以促進切機以不同故障的搖擺模式進行更高位數的查閱。

3.2快速汽門控制，

電力電子化系統中的快速汽門控制（Fast Valve Control）可以對電力系統暫態穩定性進行控制。在一些規模較大的生產廠家，汽輪機組已經逐漸發展快速汽門控制系統，主要在遠距離大容量的輸電發電廠機組進行應用。其主要原理為快速汽門控制規律在電力系統中的作用，在汽門的效益控制（Benefit control）、啟動方法（Starting method）以及控制閥的選擇（Selection of Control Valve）三個方面進行實際的操作探究。在電力系統中快速汽門的“悶缸時間”成為對電力系統暫態穩定性敏感度影響的主要原因，“悶缸時間”主要是指閥門開關時間、中控系統延遲時間以及系統啟動持續時間等。在以往的實際操作實驗中可以發現，快速汽門控制能力可成為電力電子系統中暫態穩定性的控制輔助措施，在仿真實驗中，擴展面積法、神經網絡法可估算快速汽門的控制規律，并廣泛應用于電子系統中起到控制協調的作用。

3.3其他控制技術

除了上文所提到的控制措施，穩定器（PSS）可為電力系統暫態穩定性進行根本抑制，在近年來的實際應用中，可優化電力電子化電力系統暫態穩定性，并延伸應用至AI技術領域，深化改造人工智能技術設計控制器。近年來，電力電子器件和超導技術（Superconducting Technology）的發展，對電子化電力系統的直流輸電功率調控以及串聯強補可以最大功率對儲能系統以FACTS技術定為研究方向，為控制系統提供潮流條件，為電力系統的暫態穩定控制提供了暫緩條件，在GPS的的加持下，可為系統的故障數據收集提供精準的測量手段以及實時的定位跟蹤，對電力電子化電力系統暫態穩定性研究提供參照。

4結語

綜上所述，在電力系統暫態穩定性分析過程中，可以通過現有的科學理論成果，如人工智能、線性控制理論等全局性控制技術以及快速汽門控制、切機控制等局部控制技術對暫態穩定進行輔助應用。應用適當的科學技術整體提高電力系統的穩定性。

參考文獻：

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