基于線性自抗擾的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓平衡控制方法

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電分公司 陸 靜 鄭 蓉

隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷完善，與工業(yè)相關(guān)的市場用電需求程度也愈發(fā)顯著。結(jié)合對電力區(qū)域的劃分，市場已成功將我國用電電網(wǎng)規(guī)劃成多個分區(qū)，在不同電網(wǎng)分區(qū)內(nèi)，高電壓、大容量電網(wǎng)建設(shè)逐漸形成電網(wǎng)建設(shè)的常態(tài)化趨勢，此種趨勢也在一定程度標(biāo)志著我國電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正逐步邁向一個新的階段。與此同時電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度過快，也在一定程度上暴露了傳統(tǒng)電力技術(shù)的不完善問題。

總之，在現(xiàn)代化電力產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展中，電力系統(tǒng)的運行仍存在顯著性市場風(fēng)險，不僅電網(wǎng)安全受到了一定程度危害，同時配電網(wǎng)復(fù)雜多變的環(huán)境也對電網(wǎng)運行產(chǎn)生一定負(fù)擔(dān)。因此，如何保障電力系統(tǒng)在排除外界干擾的條件下做到可持續(xù)穩(wěn)定運行，已成為我國社會亟需解決的問題。電力企業(yè)在針對此方面開展研究的過程中發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)的運行長期受電壓波動的影響，即電壓呈現(xiàn)嚴(yán)重閃變、存在干擾負(fù)荷等問題，這些問題不僅影響到電網(wǎng)的安全運行，甚至也在一定程度上對電網(wǎng)單位工作與后期運維人員的生命安全帶來了隱患。

1 基于線性自抗擾的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓平衡控制方法

1.1 電力系統(tǒng)暫態(tài)信號采集與處理

在對電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓的平衡狀態(tài)進(jìn)行控制時，需首先對電力系統(tǒng)的暫態(tài)信號進(jìn)行采集和處理。傳統(tǒng)信號采集的方式在實際應(yīng)用過程中存在兩方面的不足：一是在電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓檢測過程中頻帶較寬時，需劃分大量的子帶，因此會造成暫態(tài)信號通道不匹配的問題，并最終控制成本會超出電力企業(yè)的可承受范圍；二是傳統(tǒng)暫態(tài)信號采集的方式使得控制方法在一定程度上出現(xiàn)局限性，實用性差[1]。因此，針對傳統(tǒng)采集方法存在的上述兩個問題，在眾多信號采集方法中選擇基于小波的采集方式，對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的暫態(tài)信號進(jìn)行采集，并對連續(xù)性的暫態(tài)信號進(jìn)行離散化處理。將連續(xù)暫態(tài)信號采樣成離散信號，再經(jīng)過量化、編碼等處理組成數(shù)字信號（圖1）。

圖1 電力系統(tǒng)暫態(tài)信號采集與處理流程示意圖

在對電力系統(tǒng)暫態(tài)信號進(jìn)行處理時，利用小波濾波器將暫態(tài)信號連續(xù)降半分割到相應(yīng)的層上。本質(zhì)上小波濾波器就是一個半帶濾波器，根據(jù)電力系統(tǒng)在運行過程中產(chǎn)生的電流大小，判斷暫態(tài)信號傳輸?shù)木嚯x并對該信號進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，得到的電力系統(tǒng)暫態(tài)信號可為后續(xù)平衡控制策略的實施提供條件。

1.2 基于線性自抗擾的暫態(tài)電壓分區(qū)平衡控制策略

在電力系統(tǒng)運行過程中對配電網(wǎng)區(qū)域進(jìn)行劃分，并引入本文上述完成采集和處理的暫態(tài)信號，以其作為基礎(chǔ)實現(xiàn)對各個區(qū)域中電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和控制。結(jié)合線性自抗擾環(huán)流抑制器，當(dāng)電力系統(tǒng)運行過程中電壓超過警戒值時，則優(yōu)先進(jìn)行區(qū)域內(nèi)部的就地預(yù)防控制；若電力系統(tǒng)運行過程中電壓偏差繼續(xù)增加出現(xiàn)越限問題時，則再進(jìn)行多個區(qū)域之間的協(xié)調(diào)控制。

當(dāng)電力系統(tǒng)運行線路的節(jié)點電壓超出警戒值時，線性自抗擾環(huán)流抑制器應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域內(nèi)就地預(yù)防治模塊，通過就地?zé)o功補償?shù)姆绞筋A(yù)防暫態(tài)電壓超出警戒值的問題產(chǎn)生[2]。當(dāng)暫態(tài)電壓已出現(xiàn)超越上警戒值時，則區(qū)域內(nèi)的線性自抗擾環(huán)流抑制器需要令控制器數(shù)值逐漸增加。當(dāng)暫態(tài)電壓已出現(xiàn)超過下警戒值時，則區(qū)域內(nèi)的分布式光伏電源的輸出容性會表現(xiàn)出無功增加。當(dāng)電力系統(tǒng)運行過程中某一條線路上的節(jié)點暫態(tài)電壓出現(xiàn)越限問題時，由于區(qū)域內(nèi)就地預(yù)防控制作用，該區(qū)域內(nèi)的線性自抗擾環(huán)流抑制器的務(wù)工容量會逐漸消耗殆盡。同時，當(dāng)電力系統(tǒng)運行時，下游區(qū)域的光伏無功補償對于電壓的越限節(jié)點電壓的影響會更大[3]。因此在對暫態(tài)電壓越限節(jié)點進(jìn)行調(diào)節(jié)時，其調(diào)節(jié)參數(shù)應(yīng)充分考慮到下游區(qū)域控制模塊發(fā)出的無功補償請求信號中的相應(yīng)參數(shù)變化情況。若在這樣的條件下，暫態(tài)電壓的越限問題仍然無法得到解決，則還應(yīng)當(dāng)向上游區(qū)域控制模塊發(fā)送相應(yīng)的無功補償信號。

2 對比實驗

為進(jìn)一步對本文提出的控制方法在實際應(yīng)用中能否為電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓平衡狀態(tài)提供保障進(jìn)行研究，本文設(shè)置如下對比實驗：實驗在Matlab當(dāng)中計入當(dāng)前電力企業(yè)中常見的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，并連入兩組相同規(guī)格的電力系統(tǒng)，分別讓兩組電力系統(tǒng)同時運行，其中一組當(dāng)中引入本文提出的控制方法，另一組中引入傳統(tǒng)控制方法。假設(shè)在兩組電力系統(tǒng)中包括三個不同等級的配電網(wǎng)，分別為高壓等級、中壓等級和低壓等級。其中高壓等級為55kV～110kV、中壓等級為15kV～20kV、低壓等級為220V。分別對三種不同電壓等級進(jìn)行編號為I、II和III。為方便實驗在配電網(wǎng)中均采用相對稱的恒定率負(fù)荷。在配電網(wǎng)當(dāng)中引入多個故障節(jié)點，并在滲透率保持不變的情況下對電力系統(tǒng)進(jìn)行控制，得出多個故障點的暫態(tài)電壓并將結(jié)果進(jìn)行記錄（表1）。

表1 兩種控制方法實驗結(jié)果對比表

在相同滲透率的條件下，本文控制方法的中暫態(tài)電壓均能控制在0.170kV和0.290kV以下，而傳統(tǒng)控制方法的暫態(tài)電壓均超過了3.000kV。暫態(tài)電壓在不同滲透率下，數(shù)值越低則說明電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓越平衡。通過對比實驗證明，本文提出的基于線性自抗擾的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓平衡控制方法在實際應(yīng)用中具有更明顯的控制效果，能實現(xiàn)配電網(wǎng)中電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3 結(jié)語

為更好地解決電力系統(tǒng)在運行中存在的電壓平衡控制效果差的問題，本文結(jié)合線性自抗擾，通過獲取、處理運行信號等方式，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓的平衡控制。在此基礎(chǔ)上，采用將本文控制方法與傳統(tǒng)控制方法進(jìn)行對比的方式，得出本文控制方法在實際應(yīng)用中對于電壓控制效果更為顯著的結(jié)論。綜合市場有關(guān)單位對此方面的研究，本文設(shè)計的控制方法更加適應(yīng)用于現(xiàn)代化電力系統(tǒng)，為此可在后期的相關(guān)研究中嘗試將此方法投入市場，以解決部分電力產(chǎn)業(yè)在市場運行中的電壓不穩(wěn)定缺陷。