換相序技術應用于穩定控制的條件及最優控制策略

黃少鋒 李 慧 李軼凡 張月品

換相序技術應用于穩定控制的條件及最優控制策略

黃少鋒1李 慧1李軼凡1張月品2

（1. 新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學） 北京 102206 2. 北京四方繼保自動化股份有限公司 北京 100085）

換相序技術 穩定控制 能量函數分析 暫態穩定性 應用條件 最優控制策略

0 引言

穩定控制是交流系統最關注的課題之一，伴隨著電力規模的逐漸擴大，系統結構和模型日益復雜，電力系統的運行也更加靈活多變，對電力系統穩定控制提出了更大的挑戰[1-4]。

本文基于文獻[18]，分析了換相序前后系統暫態穩定特性，在此基礎上進行暫態能量函數分析，得到了換相序瞬間的能量變化量及換相序技術使系統趨于穩定的必要條件。基于此，推導了換相序技術的應用條件，以穩定裕度增量為依據，量化分析了換相序技術提高系統暫態穩定性的程度，并提出了換相序的最優控制策略。

1 換相序前后的暫態穩定特性分析

1.1 換相序前后功角轉換

式中，、分別為換相序前、后功角；下標代表換相序瞬間。

將式（5）代入式（4）得

再將式（2）代入式（6）得

1.2 換相序前后功角特性分析

將式（1）代入式（9）可得

圖3 換相序前后功角特性曲線

1.3 換相序前后平衡點的關系

式（13）表明，換相序后系統平衡點保持不變，如圖3所示。

2 換相序技術的能量函數分析

基于暫態能量函數法，給出換相序前、后系統總能量，進而得到換相序瞬間的能量變化量。

2.1 換相序前能量函數分析

式中，右側第一項為系統電抗中存儲的磁能；第二項為轉子的位置能量。

2.2 換相序后能量函數分析

因此，換相序瞬間動能保持不變，則能量變化只取決于勢能變化。

將式（1）、式（13）代入式（20）得

圖4 時換相序前后能量變化圖

2.3 換相序瞬間能量變化量

根據上述分析，可得換相序瞬間能量的變化量D為

將式（19）的結論代入式（24），可得

因此，換相序技術的關鍵在于控制瞬間能量減小，其能量變化量D如式（25）所示。

3 換相序技術應用條件及最優控制策略分析

基于上述結論，推導了換相序技術的應用條件，并以穩定裕度增量為依據，提出了換相序技術的最優控制策略。

3.1 換相序技術應用條件分析

將式（25）代入式（26）的穩定必要條件，可得

3.2 換相序技術提高穩定裕度分析

為了進一步量化換相序技術對系統穩定性的提升程度，從穩定裕度增量角度進行對比分析。通過換相序前后系統臨界能量分析，判斷系統穩定性。

3.2.1 換相序前后系統穩定性判斷

1）判斷換相序前系統是否穩定

于是，比較與，即可判定系統是否穩定。也就是說，若，則系統穩定；反之若，則系統失穩，需采取換相序控制措施，如圖5中軌跡所示。

2）判斷換相序后系統是否穩定

將式（13）代入式（31）可得

3.2.2 穩定裕度增量分析

再將式（29）、式（32）代入式（36），可得

3.3 換相序技術最優控制策略分析

為了實現換相序最優效果，獲得最大的穩定裕度，需分析換相序最優控制策略。

4 仿真驗證

圖6 是否采取換相序最優控制策略對比

圖7 臨界情況仿真曲線

圖8 不滿足應用條件時仿真曲線

圖9 不同功角下換相序的仿真曲線

表1 不同功角處換相序的仿真結果

Tab.1 Simulation results of phase sequence exchanging at different power angles

此外，還驗證了多種情況，均證明了上述理論的正確性，不再贅述。

5 結論

針對換相序穩定控制技術，本文分析了換相序前后系統的暫態穩定特性，采用能量函數法分析換相序前后能量變化，得到了換相序瞬間的能量變化量，并得到了如下結論：

1）從能量函數角度出發，推導了換相序技術的應用條件。

3）通過換相序前后系統臨界能量分析，推導了換相序技術對暫態穩定性的提高程度（即穩定裕度增量）。

理論分析和仿真結果均表明，本文的最優控制策略能夠實現穩定控制的最優效果，并驗證了應用條件的正確性。

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The Condition of Phase Sequence Exchange Technology Applied to Stability Control and Optimal Control Strategy

Huang Shaofeng1Li Hui1Li Yifan1Zhang Yuepin2

（1. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources North China Electric Power University Beijing 102206 China 2. Beijing Sifang Automation Co. Ltd Beijing 100085 China）

Phase sequence exchange technology, stability control, energy function analysis, transient stability, application condition, optimal control strategy

TM712

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.200457

中央高校基本科研業務費資助項目（2019QN107）。

2020-05-07

2020-08-01

黃少鋒 男，1958年生，教授，博士生導師，研究方向為電力系統繼電保護。E-mail：huangsf@sf-auto.com

李 慧 女，1994年生，博士研究生，研究方向為電力系統穩定與控制。E-mail：student089@163.com（通信作者）

（編輯 赫蕾）