基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)廣域安全穩(wěn)定控制

曾帥

摘 要：歷年來(lái)，全球各地所發(fā)生的電力系統(tǒng)大面積停電的事件警醒著所有的電力企業(yè)，大面積的停電所帶來(lái)的社會(huì)損失，一次又一次地給人們敲響警鐘。從這一點(diǎn)上看充分證明了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)還有許多問(wèn)題有待去完善，在此之前，為解決電力系統(tǒng)類(lèi)似于大面積斷電這樣的事件發(fā)生，通常采取三項(xiàng)基本措施來(lái)抵制其中的風(fēng)險(xiǎn)，但事實(shí)證明，這三項(xiàng)基本措施還并不能從根源上排除這些隱患，對(duì)此出現(xiàn)了基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：響應(yīng)；電力系統(tǒng)；廣域；安全穩(wěn)定控制

電能是支持社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)能源，也是因?yàn)樯鐣?huì)各層對(duì)電能的強(qiáng)烈需求，電力系統(tǒng)中陸續(xù)的引進(jìn)了大規(guī)模的電力裝置，我們?cè)倏吹狡湎蚋蠓较虬l(fā)展的同時(shí)，也深刻認(rèn)識(shí)到電力系統(tǒng)所承受的壓力和影響，這里面方方面面的因素都對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。長(zhǎng)期以來(lái)，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題一直都沒(méi)有辦法進(jìn)行根治，對(duì)此開(kāi)發(fā)了基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)廣域安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)來(lái)控制各項(xiàng)隱患問(wèn)題的繼續(xù)蔓延。

一、控制電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三項(xiàng)基本措施分析

（一）基本措施之一

快速切除故障元件是電力系統(tǒng)中可采取的第一項(xiàng)基本措施，采用切除故障元件的方式將隱患在第一步就切斷，防止問(wèn)題在電力系統(tǒng)中蔓延擴(kuò)散，要達(dá)到這一目的主要采用的是繼電保護(hù)裝置，也就是目前發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟的繼電保護(hù)技術(shù)。盡管如此，繼電保護(hù)技術(shù)的切除仍然存在不完美的地方，從繼電保護(hù)裝置的工作原理分析來(lái)看，繼電保護(hù)器就相當(dāng)于是一個(gè)開(kāi)關(guān)按鈕，但是這一開(kāi)關(guān)動(dòng)作也會(huì)受到時(shí)間上的限制，其存在一定的延緩性，也許如果能夠提升繼電器的開(kāi)合時(shí)間可以提升電網(wǎng)系統(tǒng)輸送功率的水平。除此之外，繼電保護(hù)裝置自身還存在一些故障問(wèn)題，比如說(shuō)繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)裝置的定值設(shè)置不合要求的話就很容易發(fā)生誤動(dòng)作，這樣的故障也是引發(fā)電網(wǎng)系統(tǒng)大面積斷電的誘因。

（二）基本措施之二

保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行所采取的第二道措施便是安全穩(wěn)定控制措施，這是一系列斷開(kāi)故障源的措施的統(tǒng)稱(chēng)，具體的細(xì)節(jié)應(yīng)包括，斷開(kāi)設(shè)備、斷開(kāi)運(yùn)行負(fù)荷等等，在采取這一控制措施時(shí)，要求一系列的動(dòng)作要可靠迅速，對(duì)此在這一控制措施中選用了計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)來(lái)配合完成。但是這一計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)也并非是安全有效的，其在時(shí)間計(jì)算和精度計(jì)算上還不能說(shuō)是完全的準(zhǔn)確，所以具體運(yùn)用起來(lái)也具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

（三）基本措施之三

第三項(xiàng)基本措施是在系統(tǒng)失去穩(wěn)定后，為防止發(fā)生大面積停電，盡可能地縮小事故的影響范圍，而采取的一切緊急措施。主要由失步解列、高頻切機(jī)、低頻切負(fù)荷、低壓切負(fù)荷等自動(dòng)裝置和調(diào)度運(yùn)行人員采取的緊急措施構(gòu)成，要求能夠有效防止大面積停電。由于此項(xiàng)基本措施需要在全系統(tǒng)所有可能發(fā)生穩(wěn)定破壞的地點(diǎn)（如輸電斷面、負(fù)荷母線、發(fā)電廠或局部電網(wǎng)等）安裝相應(yīng)的自動(dòng)控制裝置，才能保證充分發(fā)揮作用。由于系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的形式和地點(diǎn)隨著系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障形態(tài)的不同而變化，很難通過(guò)仿真計(jì)算找出全系統(tǒng)所有可能的穩(wěn)定破壞形式和地點(diǎn)，并配置使用這第三項(xiàng)基本措施。所以，目前基于就地信息的第三項(xiàng)基本措施存在失效的風(fēng)險(xiǎn)。

二、基于響應(yīng)的廣域安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)框架分析

由于上文分析的三種基本措施都存在著失效的風(fēng)險(xiǎn)，面對(duì)現(xiàn)今的電力系統(tǒng)運(yùn)行，已經(jīng)無(wú)法滿足其安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，所以，目前采用的方式是構(gòu)建基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)廣域安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)決策，實(shí)時(shí)控制”，基于相量測(cè)量裝置的廣域測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)日趨完善。借助高速通信網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)空間上的廣域和時(shí)間上的實(shí)時(shí)同步，為基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)廣域安全穩(wěn)定控制奠定了基礎(chǔ)。主要由實(shí)時(shí)廣域信息監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)關(guān)鍵特征量提取、受擾軌跡預(yù)測(cè)、系統(tǒng)穩(wěn)定性判別、主導(dǎo)失穩(wěn)模式識(shí)別、控制措施量化計(jì)算，發(fā)送控制信號(hào)等環(huán)節(jié)構(gòu)成?；陧憫?yīng)的暫態(tài)穩(wěn)定控制本質(zhì)上就是一種“實(shí)時(shí)決策、實(shí)時(shí)控制”策略，因此，基于響應(yīng)的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制不依賴(lài)于離線或在線仿真計(jì)算、無(wú)需預(yù)想運(yùn)行方式和故障集合，不局限于就地信息，可有效避免安全穩(wěn)定控制措施失效的風(fēng)險(xiǎn)，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和防止大面積停電。

三、基于響應(yīng)的廣域安全穩(wěn)定控制的關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）基于響應(yīng)的功角穩(wěn)定判別技術(shù)

數(shù)值預(yù)測(cè)技術(shù)是用來(lái)判別電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定的重要技術(shù)，此類(lèi)方法主要是利用實(shí)測(cè)相應(yīng)信息，然后在通過(guò)各類(lèi)數(shù)學(xué)方法對(duì)發(fā)電機(jī)的功角搖擺曲線進(jìn)行預(yù)測(cè)。數(shù)值預(yù)測(cè)技術(shù)主要是運(yùn)用數(shù)值序列的排列方式進(jìn)行分析從而發(fā)現(xiàn)有效數(shù)據(jù)，不用依賴(lài)電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)，只通過(guò)數(shù)學(xué)的三角函數(shù)擬合、多項(xiàng)式擬合以及泰勒級(jí)數(shù)等方式便可對(duì)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性作出判別。如可以運(yùn)用響應(yīng)數(shù)據(jù)作為判定基礎(chǔ)，對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值運(yùn)算或是進(jìn)行曲線擬合等數(shù)值運(yùn)算，進(jìn)而得到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角與角速度的高階導(dǎo)數(shù)，從而獲得暫態(tài)穩(wěn)定性的有效數(shù)據(jù)。

（二）基于響應(yīng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定判別技術(shù)

運(yùn)用戴維南等值跟蹤系統(tǒng)能夠有效的對(duì)暫態(tài)電壓下的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行很好的判別，并通過(guò)與實(shí)時(shí)測(cè)量信息的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制與分析。在電力系統(tǒng)中只需將任意負(fù)荷點(diǎn)在任意時(shí)間等值為一個(gè)電勢(shì)源等值阻抗向該節(jié)點(diǎn)負(fù)荷供電的一個(gè)單機(jī)系統(tǒng)，就是戴維南等值。若電力系統(tǒng)中的這一負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓出現(xiàn)崩潰現(xiàn)象，造成電壓出現(xiàn)大幅下降但戴維南等值的電勢(shì)卻變化不大，則電壓處于失穩(wěn)狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

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