光伏電站中安穩系統性能評估與應用

大同熊貓光伏發電有限公司 李小琴

1 光伏電站中安穩裝置的重要性

1.1 提高電力系統的控制性能

在電力系統中，電站中安穩裝置的運用是提高電力系統的控制性能的關鍵。安穩裝置不僅可以提高電力系統的抗擾能力和穩定極限，還可以加快電力系統的動態響應速度并改善系統的阻尼特性，從而提高電力系統的控制精度和控制性能。在電力系統運行的穩態、穩定過程中，安穩控制器可以對電力系統的暫態過程進行明確的監測和合理的控制，以保證電力系統正常運行，安穩裝置主要功能分解與數據流如圖1所示。

圖1 安穩裝置主要功能分解與數據流圖

1.2 增強電力系統的自適應能力

隨著電力系統規模的不斷擴大和復雜性的不斷增加，電力系統受到外部因素的干擾和內部因素的影響的可能性也不斷增大。安穩裝置能夠自適應地調整控制策略和參數，以應對不同的系統運行狀態和變化條件，增強了系統的自適應能力，有助于提高系統運行的穩定性[1]。

2 安穩裝置的性能評估方法

2.1 暫態穩定性分析

暫態穩定性分析是一種用來解決電力系統發生突發故障或大規模變化時系統暫態穩定的分析方法。在電站中，安穩裝置的暫態穩定性分析主要集中在以下幾個方面。第一，評估安穩裝置的控制響應能力。在電力系統暫態過程，出現故障或負荷突變等情況時，安穩裝置需要能夠及時地響應并實現控制。通過對電力系統暫態過程的模擬和分析，可以評估安穩裝置的控制響應能力。第二，在暫態穩定性分析中，需要對電力系統進行穩定邊界分析。電力系統在暫態過程中，其穩定邊界會出現變化，通過模擬分析和計算，可以得出系統在不同工作狀態下的穩定邊界。通過對安穩裝置在各個工作狀態下的控制效果進行分析和評估，可以進一步確定安穩裝置的控制能力和效果。第三，暫態穩定性分析還需要考慮到電力系統的可靠性和安全性。因此，在進行暫態穩定性分析時，需要考慮到各種不確定因素、故障情況和負荷變化等，以確保安穩裝置能夠在面對各種情況下保持系統的穩定和安全。

2.2 平穩狀態穩定性分析

在電力系統中，電站中安穩裝置的存在可以有效解決電力線路過載、短路、故障等問題，更好地保護電力設備的安全穩定運行。對電站中安穩裝置進行平穩狀態穩定性分析，需要考慮各種外界擾動和系統內部動態響應，以此來評估電站中安穩裝置的穩定性和調節能力[2]。針對電站中安穩裝置所需的穩定性指標，如機組頻率、電壓穩定性等，進行模型建立和參數估計，調整控制參數，提高電站中安穩裝置的性能指標。在電力系統中，需要對電站中安穩裝置進行統計分析和數值計算，以此來評估其穩定性和調節能力。通過建立現代電力系統數字模型，對電力系統進行模擬實驗，驗證電站中安穩裝置的穩定性性能，在各種電力系統工況下評估其性能優劣，以確定最佳的控制方法和參數。針對電站中安穩裝置和電力系統中互聯的各種因素進行綜合考慮，采用決策樹方法對響應特點進行分析、預測，并借助于優化算法對電站中安穩裝置進行優化調整，提高電力系統的可靠性和性能表現。因此，在電站安穩裝置的性能評估中，優化算法是必不可少的手段，安穩裝置穩定判別和動作執行流程如圖2所示。

圖2 安穩裝置穩定判別和動作執行流程

2.3 頻率響應分析

頻率響應是指電力系統對外部擾動（如負荷變化、短路故障等）產生的頻率變化的響應能力。頻率響應分析主要通過模擬實驗和數學建模的方法，對電站中安穩裝置的頻率響應特性進行分析和評估。第一，進行電力系統的事件模擬。頻率響應分析需要基于電力系統的事件模擬來獲取系統的頻率響應數據。通過模擬電力系統在不同工況下的發電機功率變化、系統負荷變化或其他外部擾動引起的頻率變化情況，得到電力系統的頻率響應曲線。第二，建立電力系統頻率響應模型。在電力系統中，頻率響應對應著發電機的擾動特性和系統的穩定性。通過建立發電機模型、負荷模型，以及調節裝置模型，可以建立電力系統的頻率響應模型。通過對模型參數的準確估計和頻率響應特性的分析，可以評估電站中安穩裝置對頻率擾動的響應程度。第三，進行頻率響應曲線的分析。頻率響應曲線是描述電力系統對頻率變化的響應情況的曲線圖。通過頻率響應曲線的分析，可以評估電站中安穩裝置對于外部頻率變化的調節能力和穩定性。具體分析包括頻率響應曲線的斜率、相位角和穩定邊界等指標。第四，綜合考慮安穩裝置的參數優化。頻率響應分析可用于評估電站中安穩裝置的性能，并通過優化裝置參數來提高其頻率響應特性。通過調整安穩裝置的控制參數，可以改變裝置的響應速度和靈敏度，提高對頻率擾動的補償能力。

3 安穩裝置在光伏電站中的應用

3.1 電壓控制

光伏電站作為可再生能源發電系統的重要組成部分，其發電過程受到諸多因素的影響，包括天氣變化、負荷波動等。而安穩裝置的應用可以提供電壓控制功能，確保光伏電站的電壓穩定運行，從而提高發電效率和電力系統的可靠性。第一，安穩裝置在光伏電站中可以通過電壓控制功能來維持光伏電站的電壓在合理范圍內。太陽能光伏電站的發電過程受到天氣變化的影響，光照強度的變化會導致光伏電站輸出電壓的波動。而安穩裝置可以實時監測光伏電站的電壓情況，并采取相應的控制策略，調節光伏電站的輸出功率，以保持電壓在合理范圍內。第二，安穩裝置可以通過電壓控制功能來調節光伏電站的無功功率，以實現電壓的恢復和調節。當光伏電站發電過程中出現電壓偏離設定值時，安穩裝置可以通過調節無功功率的輸出，改變光伏電站的無功電流注入，從而實現電壓的恢復和調節。第三，安穩裝置還可以通過電壓控制功能來實現與電力系統的協調調節。通過安穩裝置的電壓控制功能，可以使光伏電站與電力系統保持協調和平衡，提高電力系統的整體穩定性和可靠性[3]。

3.2 功率控制

第一，安穩裝置可以實現對光伏電站的功率輸出進行調節。通過監測電力系統的功率需求及光照變化情況，安穩裝置可以對光伏電站的逆變器進行控制，調節光伏電站的輸出功率，使其與電力系統的需求保持一致，以實現功率平衡。第二，安穩裝置可以應對光伏電站的快速功率波動。通過對電力系統中安穩裝置的控制策略進行優化和調整，安穩裝置能夠快速響應光伏電站功率波動，控制光伏電站的輸出功率，維持整個電力系統的穩定運行。第三，安穩裝置的功率控制還可以應對光伏電站的負荷變化情況。通過安穩裝置的功率控制，可以靈活調整光伏電站的輸出功率，將多余的電能注入電網或儲能設備，以實現光伏電站的功率最大化和電力系統的負荷平衡。

3.3 故障恢復

在光伏電站中，安穩裝置的故障恢復應用主要是為了確保電力系統在發生故障或擾動時能夠迅速恢復正常運行。

第一，安穩裝置可以監測電力系統中的故障信號，并根據故障類型和程度，采取相應的措施進行故障修復。當電力系統發生故障時，如線路短路、發電機失步等，安穩裝置能夠及時檢測到故障信號，并通過對發電機的勵磁、負載的調整等控制手段，迅速恢復電力系統的正常運行狀態。

第二，安穩裝置可以應對光伏電站的擾動情況。在電力系統運行中，可能會出現各種擾動，如突發負荷變化、風速波動等。這些擾動可能導致電力系統的不穩定運行，甚至引起連鎖故障。通過安穩裝置的控制策略和參數調整，可以及時響應這些擾動，通過調整發電機輸出等手段，使電力系統盡快恢復穩定狀態。

第三，安穩裝置的故障恢復還可以通過對光伏電站的逆變器和電網的控制，實現對系統負荷、電壓等參數的調節。當光伏電站發生逆變器故障或電網波動時，安穩裝置可以通過調整光伏電站的輸出功率、電壓等參數，使系統的負載和電壓保持在安全穩定的范圍內，確保電力系統的平穩運行。安穩裝置接收電廠端安穩裝置傳送的當前開機信息，電廠端安穩裝置接受其他安穩裝置發送的切機命令，并配合本地判據執行切機功能，與電廠端安穩裝置通信信息內容見表1。

表1 與電廠端安穩裝置通信內容

3.4 非線性負荷控制

非線性負荷是指對電力系統產生不均勻、不穩定負載的負荷，例如電弧爐、電動機啟動等。非線性負荷的特點是其消耗的電能與電壓和頻率之間存在非線性關系。這意味著在非線性負荷啟動和運行過程中，對電力系統的電壓和頻率會產生較大的影響。因此，為了保持電力系統的穩定運行，需要采取措施對非線性負荷進行控制和調節。安穩裝置可以感知到非線性負荷對電力系統的影響，并根據實際情況進行相應的反饋調節。非線性負荷控制還可以通過控制非線性負荷的運行模式和策略來達到。在電力系統的高負荷時段，可以通過合理分配非線性負荷的啟動時間和運行周期，避免非線性負荷集中啟動，從而減少對系統電壓和頻率的沖擊。

4 結語

隨著新技術和新材料的不斷涌現，安穩裝置在光伏電站中的應用將會得到進一步拓展和優化，為光伏發電領域的發展提供更多可能性。未來的研究可以進一步深入探索不同安穩裝置之間的相互作用和整體性能，以實現光伏電站的最佳設計和運營效果。