一種新型的輸電線路穩壓控制方案設計

中圖分類號：TM721.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）21-0105-04

Abstract：WiththerapiddevelopmentandapplicationofDCtransmision technology，theresearchonDCbusvoltage stabilizationtechologyhasbecomeincreasinglyimportant.Existingvoltagestabilizationstrategiesgenerallyhaveproblemssuchas lowintellgencelevelslowresponseseedandinsuffcientmonitoingaccuracywhichisdificulttomeettherequrntsof modernpowersystemsforeficientandstablevoltagecontrol.Aimingattheseshortcomings，thispaperproposesavoltage stabilizationstrategyforDCtransmissonlinesbasedonthee-leveluninteruptedpoweroutage，high-precisioncalibrationstatus andtravelingwavefaultlocation，aimingtoimprovethefaultresponseabilityandvoltagestabilizationcontroltechnologyofthe powersupplysystem.Throughreal-timemonitoringofvoltageconditions，analysisoftravelingwavecharacteristics，andcombined withadvancedalgoriths，anewvoltagestabilizationcontrolschemefortransmissionliesisdesignedtofectivelyiprovethe voltagestabilizationpeformanceofDCbuses.Experimentalresultsshowthattheresearchinthispaperachievesexcellntcircuit voltagestabilizationefectsinvariousaplicationscenariosandprovidesimportantsupportforthestableoperationoftheDC transmission system.

Keywords： power transmission; voltage control; traveling wave; voltage stabilization; fault location

隨著現代社會對高可靠性供電需求的不斷增長，直流供電系統在數據中心、通信基站、電動汽車充電站、可再生能源接入和工業自動化等領域的應用日益廣泛。直流母線是這些供電系統中的核心環節，其電壓穩定性對系統的運行效率、可靠性和設備壽命具有重要意義。直流供電系統通常運行在復雜的動態電網環境中，受到負載快速切換、電網波動、儲能設備老化和外部干擾的影響，導致直流母線電壓容易產生劇烈波動或長期偏離目標值，最終導致供電故障的頻頻發生。為應對上述客觀問題，電力從業人員提出一種三級不間斷供電方案設計，當直流母線供電發生異常，通過設置多層級的換電方案，能夠在母線故障的瞬間，快速切換到備用供電，保障電力傳輸安全穩定。本文根據現有的3級不間斷供電穩壓策略展開研究，分析在實際應用過程中三級不間斷供電的應用局限性和待解決問題，提出一種高效率、高精度的直流輸電線路穩壓策略。

1直流輸電線路穩壓控制策略設計思路

直流母線供電系統可能出現多種故障，如短路、接地故障、過載和設備老化等。每種故障的特征和影響不同，導致故障定位的復雜性增加。因此，需要構建一種基于實時采集電路參數信息分析、根據結果實現智能切換的供電系統排障方案，做到快速定位、靈活切供電的電路穩壓控制效果，下文針對上面2點展開深人探究。

1.1 量化電壓參數值

供電線路中實時監測供電電壓值是確保電力供應穩定和安全的關鍵環節。如果供電線路電壓值的監測準確度低，將導致對線路電壓穩定性判斷出現偏差。當電壓波動較大時，監測設備可能無法及時捕捉到這些變化，導致系統判斷電壓仍然處于穩定狀態。其次，環境因素如溫度、濕度和電磁干擾等也可能影響監測設備的性能，進一步加劇了數據的不確定性。此外，數據傳輸過程中的延遲或丟包現象也會導致實時監測信息的失真，使得運維人員無法及時做出反應。針對上面提出的問題，本文從監測實時供電電壓、具象化電壓傳輸狀態出發，做到瞬時狀態和周期性電壓分析，提升對供電線路的狀態監控水平，根據分析結果，實現3級不間斷電源的準確切換電，最終確保供電線路電壓穩定的目的。

1.2輸電線路故障定位解決方案

現有常規電路排障技術研究現狀將排障方案主要分為三大類，分別是故障分析法、智能測距法和行波法。當中的故障分析法根據電路分析源切入，又細分成單端分析和雙端分析。故障分析法主要采用構建微積分方程，采用數據參數量化分析，如果采集參數誤差較大，使得結果脫離實際精度標準，進而影響到故障定位的準確性。智能測距法依托人工神經網絡構建模糊專家系統，引入概率和統計策略，從根本原理提升輸電線路故障定位的準確率。但是復雜的神經網絡算法，帶來新的數據量大、運算負荷呈指數型上升問題，效率較低。最終，本文選擇了利用故障線路的電流行波特性進行問題分析的解決方案，監測線路接收的行波信號，采集線模和零模分量信息，使其應用于最后的排障定位技術方案。

23級不間斷電源線路穩壓控制方法

2.1 監測電路電壓圖示

1實時采集3級供電的電路區間電壓值，將采集的持續區間電壓值和對應時刻生成折線圖輸出。

2）設置圖像分析時刻點， t₁，t₂，…，t_i. 其中 t₂-t₁=t₃-t₂= …=t_i-t_i-1 ；基于圖像分析時刻點獲取以 t₁±Δt 為觀察時閾的折線圖像，其中

3）遍歷觀察時域的所有采集電壓值，獲取任意的 t₁₁ 時刻和 t₁₂ 時刻電壓差和對應電壓值。

若 t₁₁ 時刻和 t₁₂ 時刻的電壓差在穩定閥值 Δ 穩內，標記為一次穩定；否則標記為一次波動，記錄為 Δ 波。

若 t₁₁ 或 t₁₂ 時刻的電壓差與普通電壓的電壓差在安全閾值 Δ 安內，標記為一次安全；否則標記為一次危險，記錄為 Δ 危。

4）重復1）一3），直至采集完成 t₁±Δt 觀察時閥內的所有電壓值和標記完所有采集電壓值狀態。

電壓監測狀態圖如圖1所示。

2.2實時電路電壓波動狀態標定

在完成一個周期的觀察時閥電壓值標定后，本文將展開詳細的線路電壓狀態分析，具體參見下列描述。

如果檢測任意時刻電壓值與普通電壓的電壓差處于△安，持續獲取當前時刻的次時刻： ① 若檢測次時刻處于 Δ 穩、 Δ 安，標定電路安全。 ② 若檢測次時刻處于Δ 危，進一步獲取次二時刻狀態：若檢測次二時刻處于Δ 穩、 Δ 安，標定電路安全；若檢測次二時刻處于 Δ 危，標定電路預警；若檢測次二時刻處于△波、 Δ 安，標定電路可接受波動。 ③ 若檢測次時刻處于 Δ 波、 Δ 安，進一步獲取次二時刻狀態：若檢測次二時刻處于 Δ 安，標定電路安全；若檢測次二時刻處于 Δ 穩、 Δ 危，標定電路可接受波動;若檢測次二時刻處于 Δ 波、 Δ 危，標定電路預警。

基于所有的可接受波動情況統計，計算任意相鄰的被標記為可接受波動的時間差：若該時間差小于預設閾值，則新增 ξ_t1±Δt 觀察時閥內所有的電路預警次數1次。

設以 δ_t1±Δt 為觀察時閥的時間范圍內，被標記為電路預警的次數超過穩定電路限制范圍，則標記 ξ_t1±Δt 觀察時閾內，當前觀察時閾電路電壓不穩定，存在大波動。

若不超過穩定電路限制范圍，標記當前觀察時閾電路電壓穩定。電路波動狀態標定詳見表1。

3基于行波定位法準確判斷故障點

3.1采用線模和零模分量的復雜電路交合故障點監測

假設A端表示為直流母線主供電，B級由分組蓄電池通過雙向DC/DC并聯電源模塊將12V電壓升壓至220V 進行輸出帶載，D級由多個蓄電池單體串聯構成的供電體系，直流母線到負載的檢測段為C；其中當A、B和連接負載端線路故障點分別表示為 ErrA，ErrB 和ErrC。

任意故障在供電系統的零模和線模分量傳輸速度分別為Vli和 Vze ，T1li和T1ze分別為交合故障點基于傳輸速度Vli和 Vze 傳輸電能到A級消耗時間，T2li和T2ze分別為交合故障點基于傳輸速度Vli和Vze傳輸電能到B級消耗時間，T3li和T3ze分別為交合故障點基于傳輸速度Vli和Vze傳輸電能到C級消耗時間，交合故障點圖示如圖2所示。

計算任意交合故障點基于傳輸速度Vli和 Vze 到不同檢測端的時間差為

3.2采用線模和零模分量的復雜電路區間故障點監測

假設TAli和TAze分別為任意區間故障點基于傳輸速度Vli和Vze到A級消耗時間，TBli和TBze分別為任意區間故障點基于傳輸速度Vli和Vze到B級時間，TCli和TCze分別為任意區間故障點基于傳輸速度Vli和Vze到C級時間。

計算任意區間故障點基于傳輸速度Vli和Vze到對應檢測端的時間差為

δErrA=TAze-TAli;δErrB=TBze-TBli;δErrC=TCze- TCli。

構建ErrA故障點基于傳輸速度Vli和Vze到不同檢測端的時間差計算式

δErrA=TAze-TAli=（T1ze-TErrAze）-（T1li-TErrAli） =（T1ze-T1li）+（TErrAli-TErrAze）

SErrB=TBze-TBli=（T2ze+TErrAze）-（T2li+TErrAli） =（T2ze-T2li）+（TErrAze-TErrAli）

δErrC=TCze-TCli=（T3ze+TErrAze）-（T3li+TErrAli） =（T3ze-T3li）+（TErrAze-TErrAli） 式中： TErrAli 和 TErrAze 分別為 ErrA 基于傳輸速度Vli 和 Vze 到交合點的時間；由于任意線模速度大于零模速度，因而其分量也同樣遵循該規則，即TErrA-TerrAze必定小于 0^5]"0

基于TErrAli和TErrAze的參數大小，獲取任意區間故障點與任意交合故障點的時間差的關系式，為

ErrA：δErrAlt;δ1;δErrBgt;δ2;δErrCgt;δ3_∣

重復上述步驟，分別構建 ErrB 和 ErrC 故障點基于傳輸速度Vli和 Vze 到不同檢測端的時間差計算式，再基于計算式分別獲取在 故障點對應的任意區間故障點與任意交合故障點的時間差的關系式，為

區間故障點圖示如圖3所示。

4結論

通過實時監測直流母線的供電狀態，時刻獲取其輸電電壓值，并根據線路的輸電狀態和電壓值，啟用智慧型供電策護，實現了高效率、高準確度的故障用電切換設計，保障了電力系統在配電輸電過程中高效穩定運行。根據工業發達國家的調查，每年因輸電線路老化、物理損壞等因素造成的經濟損失約占國民生產總值的 2%～4% ，我國每年因輸電線路故障造成的經濟損失至少達2000億元。基于本文的3級不間斷供電穩壓策略，對現有的輸電線路系統改造升級后，可減少因供電電壓不穩定導致輸電線路故障的問題，節約費用約1500億元。

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