基于5G 通信的分布式電源波動控制方法

吳園園，楊瓊瓊

（國網(wǎng)寶雞供電公司，陜西 寶雞 721001）

0 引 言

隨著可再生能源的快速發(fā)展和分布式電源的廣泛應(yīng)用，分布式電源的波動問題成為影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要因素。然而，分布式電源的波動問題一直是影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要因素。傳統(tǒng)的控制方法難以滿足分布式電源波動控制的需求，因此需要尋求新的解決方案。為了解決這一問題，文章提出一種基于5G 通信的分布式電源波動控制方法。5G 通信技術(shù)可以實現(xiàn)高速度、低延遲的通信，使得實時監(jiān)測和反饋調(diào)整成為可能。該方法利用5G 通信的高速度、低時延特性，實現(xiàn)對分布式電源的實時監(jiān)測和波動控制，提升分布式電源的穩(wěn)定性和可靠性，降低對傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴，為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供有力支持。智能電網(wǎng)是未來電力系統(tǒng)的必然趨勢，而文章提出的方法可以為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供有力的技術(shù)支持和解決方案[1]。

1 基于5G 通信的分布式電源波動控制方法的設(shè)計

1.1 基于5G 通信技術(shù)提取分布式電源波動特征

傳統(tǒng)的電壓波動具有一定的規(guī)律性，這使得分析產(chǎn)生機制相對容易。常用的分析方法是用電壓的均方根曲線表示電壓波動。其中，電壓波動q、電壓波動頻率w是測量電壓波動速度的物理量[2-3]。計算電壓波動的對應(yīng)公式為

式中：ΔE表示均方根曲線中電壓相鄰的兩個極差值；EN表示分布式電源的標(biāo)稱電壓。

分布式電源的負(fù)荷復(fù)功率計算公式為

式中：p表示分布式電源額定電壓；j表示電流波動。

分布式電源在供電系統(tǒng)中由等值抗阻z0引發(fā)的電壓降落計算公式為

式中：EL表示負(fù)荷電壓；i1表示負(fù)荷電流；zL表示負(fù)荷抗阻值。當(dāng)負(fù)荷一側(cè)供電母線電壓的波動主要歸因于等值阻抗上的電壓波動，可以認(rèn)為用電負(fù)載對分布式電源的電壓沒有影響，因此EL保持不變，負(fù)荷一側(cè)的供電母線電壓波動可以歸因于等值阻抗z0上的電壓波動。

電力系統(tǒng)的輸電線中，當(dāng)電網(wǎng)的電壓較高時，分布式電源的電壓與供電母線電壓的相角差通?？梢院雎?，因此可以將電壓降落的縱向成分作為電力系統(tǒng)整體的電能損失來表達(dá)，而無須考慮橫向的電能損失[4-5]。整個電網(wǎng)電壓變化的表達(dá)公式為

式中：Δα表示負(fù)荷供電母線的電壓波動；Δp表示電壓降落的縱向分量；ε表示電壓幅值。

通過式（3）推導(dǎo)后，此時供電線路電壓波動的計算公式為

由式（4）可以得出，在常規(guī)的輸電線路中，無功功率的大幅變化會導(dǎo)致電壓幅值波動。式（4）是目前估計和測定電壓波動的常用方法，也是傳統(tǒng)電路中計算電壓波動的基礎(chǔ)。在分析常規(guī)輸電線路的基礎(chǔ)上，從物理角度對其進(jìn)行理論特征提取研究，從而得到了分布式電源電壓波動的特征及其產(chǎn)生的原因[6]。

1.2 計算分布式電源的電壓波動變化量

由式（4）可知，傳統(tǒng)的供電線路中，無功功率是造成110 kV 及以上的電壓等級出現(xiàn)電壓波動的主因。然而，分布式電源發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)引發(fā)的電壓波動并不遵循傳統(tǒng)輸電電路電壓波動的形成原理。通常情況下，分布式發(fā)電設(shè)備的容量較小，其發(fā)出的電能主要用于接入低壓配電網(wǎng)[7]。

在接入分布式電源的輸電線路中，等效阻抗上的電壓變化量與傳統(tǒng)供電線路的相同，但電壓變化的趨勢完全相反[8]。該電壓變化量的計算公式為

式中：ΔS表示注入的功率變化量；U表示接入點的電壓；θ表示功率因數(shù)角；Sk表示接入點的短路容量；φ表示等效阻抗z0的阻抗角。

一般情況下，低壓輸電線路的長度不會太長，因此在其線路兩端的相移不會太大[9]。但是，當(dāng)接入分布式電源的額定電壓和負(fù)荷兩側(cè)的電壓接近時，在這個節(jié)點上的電壓波動的計算公式為

因此，在分布式電源接入電網(wǎng)后，電壓波動受Sk、ΔS、θ以及φ共4 個因素影響。

基于分析可知，電壓波動的改變與其短路容量呈反比，通常接入配電系統(tǒng)的電路是低壓供電電路。配電網(wǎng)的電壓一般為0.6 kV 或10.0 kV，低壓配電網(wǎng)電路的短路容量很小，因此研究系統(tǒng)電壓波動時可以忽略功率因數(shù)[10]。

1.3 控制分布式電源的電壓波動

最大限度地降低節(jié)點電壓的非周期性，是降低分布式電源電壓波動的重要方法，可以通過將功率因數(shù)系數(shù)設(shè)為0 實現(xiàn)。功率因數(shù)是合環(huán)瞬間電流瞬時值的倒數(shù)?？紤]合環(huán)之前電流的峰位和起始相位都與電網(wǎng)中的電壓相關(guān)，可以通過調(diào)整電網(wǎng)中的有功、無功，有效控制分布式電源的電壓波動[11]。

功率變化量ΔS恒定時，距離接入點越近的功率變化對節(jié)點電壓的影響越大，因此文章根據(jù)該特點設(shè)計出一種新型的低壓電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)器。該器件采用磁控電感元件，以抑制輸電線路的電壓波動問題。該調(diào)節(jié)器省去了開關(guān)單元及其他控制元件的消耗，節(jié)省了生產(chǎn)成本。同時,電壓在調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)能夠隨意調(diào)節(jié),使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好[12]。

設(shè)定該調(diào)節(jié)器的三相電壓為G、H、K,將該調(diào)節(jié)器接入分布式電源，其經(jīng)過控制后的穩(wěn)定電路的電壓表達(dá)公式為

式中：UMCI表示磁控電感數(shù)值對應(yīng)的電壓。

2 實驗測試與分析

2.1 實驗準(zhǔn)備

為證明基于5G 通信的分布式電源波動控制方法的有效性，搭建一個實驗平臺。該平臺包括多個分布式電源、5G 通信網(wǎng)絡(luò)以及控制系統(tǒng)。實驗的目的是測試該方法在分布式電源波動控制方面的性能，包括控制的精準(zhǔn)度以及穩(wěn)定性。平臺中剛性負(fù)荷為30 kW，可時移負(fù)荷為20 kW，可削減負(fù)荷為150 kW，可中斷負(fù)荷為80 kW。平臺中的各個設(shè)備均使用5G 通信網(wǎng)絡(luò)，用戶可以進(jìn)行自由調(diào)配。平臺中的各類型負(fù)荷數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 可調(diào)度負(fù)荷參數(shù)

實驗中設(shè)定波動控制周期為3 h（12:00—15:00），每20 min 采集一次數(shù)據(jù)。選取一典型日進(jìn)行采集測試，對比經(jīng)過本文方法控制、傳統(tǒng)方法（基于交流特高壓電網(wǎng)電壓波動的自動電壓控制方法）控制以及實驗設(shè)定的最優(yōu)分布式電源出力數(shù)值。

2.2 實驗結(jié)果與分析

基于實驗準(zhǔn)備，實驗設(shè)定最優(yōu)分布式電源出力的詳細(xì)數(shù)值如表2 所示。

表2 實驗設(shè)定分布式電源出力

根據(jù)實驗設(shè)定最優(yōu)分布式電源出力的詳細(xì)數(shù)值，將經(jīng)過本文方法波動控制后的分布式電源總用電負(fù)荷與基于交流特高壓電網(wǎng)電壓波動的自動電壓控制方法（傳統(tǒng)方法）的波動控制效果進(jìn)行對比測試，其測試結(jié)果如圖1 所示。

圖1 測試結(jié)果

由圖1 可知，基于5G 通信的分布式電源波動控制方法能夠更好地控制分布式電源總用電負(fù)荷波動，更趨近于實驗設(shè)定的最優(yōu)分布式電源出力，并且其波動控制效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法，因此證明基于5G 通信的分布式電源波動控制方法具有一定的可行性。

3 結(jié) 論

文章提出了一種基于5G 通信的分布式電源波動控制方法，通過充分利用5G 通信的高速度和低時延特性，實現(xiàn)對分布式電源的實時監(jiān)測和波動控制。實驗結(jié)果表明，該方法能顯著提升分布式電源的穩(wěn)定性和可靠性，降低對傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴，為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供技術(shù)支持。未來的工作將集中在深入研究分布式電源的波動特性，優(yōu)化控制算法，并關(guān)注5G 通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以提供更可靠和高效的技術(shù)支持。