光伏電站中安穩(wěn)系統(tǒng)性能評(píng)估與應(yīng)用

大同熊貓光伏發(fā)電有限公司 李小琴

1 光伏電站中安穩(wěn)裝置的重要性

1.1 提高電力系統(tǒng)的控制性能

在電力系統(tǒng)中，電站中安穩(wěn)裝置的運(yùn)用是提高電力系統(tǒng)的控制性能的關(guān)鍵。安穩(wěn)裝置不僅可以提高電力系統(tǒng)的抗擾能力和穩(wěn)定極限，還可以加快電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度并改善系統(tǒng)的阻尼特性，從而提高電力系統(tǒng)的控制精度和控制性能。在電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)、穩(wěn)定過(guò)程中，安穩(wěn)控制器可以對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行明確的監(jiān)測(cè)和合理的控制，以保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，安穩(wěn)裝置主要功能分解與數(shù)據(jù)流如圖1所示。

圖1 安穩(wěn)裝置主要功能分解與數(shù)據(jù)流圖

1.2 增強(qiáng)電力系統(tǒng)的自適應(yīng)能力

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和復(fù)雜性的不斷增加，電力系統(tǒng)受到外部因素的干擾和內(nèi)部因素的影響的可能性也不斷增大。安穩(wěn)裝置能夠自適應(yīng)地調(diào)整控制策略和參數(shù)，以應(yīng)對(duì)不同的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和變化條件，增強(qiáng)了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，有助于提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性[1]。

2 安穩(wěn)裝置的性能評(píng)估方法

2.1 暫態(tài)穩(wěn)定性分析

暫態(tài)穩(wěn)定性分析是一種用來(lái)解決電力系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)故障或大規(guī)模變化時(shí)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析方法。在電站中，安穩(wěn)裝置的暫態(tài)穩(wěn)定性分析主要集中在以下幾個(gè)方面。第一，評(píng)估安穩(wěn)裝置的控制響應(yīng)能力。在電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程，出現(xiàn)故障或負(fù)荷突變等情況時(shí)，安穩(wěn)裝置需要能夠及時(shí)地響應(yīng)并實(shí)現(xiàn)控制。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程的模擬和分析，可以評(píng)估安穩(wěn)裝置的控制響應(yīng)能力。第二，在暫態(tài)穩(wěn)定性分析中，需要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定邊界分析。電力系統(tǒng)在暫態(tài)過(guò)程中，其穩(wěn)定邊界會(huì)出現(xiàn)變化，通過(guò)模擬分析和計(jì)算，可以得出系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定邊界。通過(guò)對(duì)安穩(wěn)裝置在各個(gè)工作狀態(tài)下的控制效果進(jìn)行分析和評(píng)估，可以進(jìn)一步確定安穩(wěn)裝置的控制能力和效果。第三，暫態(tài)穩(wěn)定性分析還需要考慮到電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。因此，在進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性分析時(shí)，需要考慮到各種不確定因素、故障情況和負(fù)荷變化等，以確保安穩(wěn)裝置能夠在面對(duì)各種情況下保持系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。

2.2 平穩(wěn)狀態(tài)穩(wěn)定性分析

在電力系統(tǒng)中，電站中安穩(wěn)裝置的存在可以有效解決電力線(xiàn)路過(guò)載、短路、故障等問(wèn)題，更好地保護(hù)電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)電站中安穩(wěn)裝置進(jìn)行平穩(wěn)狀態(tài)穩(wěn)定性分析，需要考慮各種外界擾動(dòng)和系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以此來(lái)評(píng)估電站中安穩(wěn)裝置的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)能力[2]。針對(duì)電站中安穩(wěn)裝置所需的穩(wěn)定性指標(biāo)，如機(jī)組頻率、電壓穩(wěn)定性等，進(jìn)行模型建立和參數(shù)估計(jì)，調(diào)整控制參數(shù)，提高電站中安穩(wěn)裝置的性能指標(biāo)。在電力系統(tǒng)中，需要對(duì)電站中安穩(wěn)裝置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)值計(jì)算，以此來(lái)評(píng)估其穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)能力。通過(guò)建立現(xiàn)代電力系統(tǒng)數(shù)字模型，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電站中安穩(wěn)裝置的穩(wěn)定性性能，在各種電力系統(tǒng)工況下評(píng)估其性能優(yōu)劣，以確定最佳的控制方法和參數(shù)。針對(duì)電站中安穩(wěn)裝置和電力系統(tǒng)中互聯(lián)的各種因素進(jìn)行綜合考慮，采用決策樹(shù)方法對(duì)響應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)，并借助于優(yōu)化算法對(duì)電站中安穩(wěn)裝置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高電力系統(tǒng)的可靠性和性能表現(xiàn)。因此，在電站安穩(wěn)裝置的性能評(píng)估中，優(yōu)化算法是必不可少的手段，安穩(wěn)裝置穩(wěn)定判別和動(dòng)作執(zhí)行流程如圖2所示。

圖2 安穩(wěn)裝置穩(wěn)定判別和動(dòng)作執(zhí)行流程

2.3 頻率響應(yīng)分析

頻率響應(yīng)是指電力系統(tǒng)對(duì)外部擾動(dòng)（如負(fù)荷變化、短路故障等）產(chǎn)生的頻率變化的響應(yīng)能力。頻率響應(yīng)分析主要通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)建模的方法，對(duì)電站中安穩(wěn)裝置的頻率響應(yīng)特性進(jìn)行分析和評(píng)估。第一，進(jìn)行電力系統(tǒng)的事件模擬。頻率響應(yīng)分析需要基于電力系統(tǒng)的事件模擬來(lái)獲取系統(tǒng)的頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)。通過(guò)模擬電力系統(tǒng)在不同工況下的發(fā)電機(jī)功率變化、系統(tǒng)負(fù)荷變化或其他外部擾動(dòng)引起的頻率變化情況，得到電力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)。第二，建立電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型。在電力系統(tǒng)中，頻率響應(yīng)對(duì)應(yīng)著發(fā)電機(jī)的擾動(dòng)特性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過(guò)建立發(fā)電機(jī)模型、負(fù)荷模型，以及調(diào)節(jié)裝置模型，可以建立電力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)模型。通過(guò)對(duì)模型參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)和頻率響應(yīng)特性的分析，可以評(píng)估電站中安穩(wěn)裝置對(duì)頻率擾動(dòng)的響應(yīng)程度。第三，進(jìn)行頻率響應(yīng)曲線(xiàn)的分析。頻率響應(yīng)曲線(xiàn)是描述電力系統(tǒng)對(duì)頻率變化的響應(yīng)情況的曲線(xiàn)圖。通過(guò)頻率響應(yīng)曲線(xiàn)的分析，可以評(píng)估電站中安穩(wěn)裝置對(duì)于外部頻率變化的調(diào)節(jié)能力和穩(wěn)定性。具體分析包括頻率響應(yīng)曲線(xiàn)的斜率、相位角和穩(wěn)定邊界等指標(biāo)。第四，綜合考慮安穩(wěn)裝置的參數(shù)優(yōu)化。頻率響應(yīng)分析可用于評(píng)估電站中安穩(wěn)裝置的性能，并通過(guò)優(yōu)化裝置參數(shù)來(lái)提高其頻率響應(yīng)特性。通過(guò)調(diào)整安穩(wěn)裝置的控制參數(shù)，可以改變裝置的響應(yīng)速度和靈敏度，提高對(duì)頻率擾動(dòng)的補(bǔ)償能力。

3 安穩(wěn)裝置在光伏電站中的應(yīng)用

3.1 電壓控制

光伏電站作為可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，其發(fā)電過(guò)程受到諸多因素的影響，包括天氣變化、負(fù)荷波動(dòng)等。而安穩(wěn)裝置的應(yīng)用可以提供電壓控制功能，確保光伏電站的電壓穩(wěn)定運(yùn)行，從而提高發(fā)電效率和電力系統(tǒng)的可靠性。第一，安穩(wěn)裝置在光伏電站中可以通過(guò)電壓控制功能來(lái)維持光伏電站的電壓在合理范圍內(nèi)。太陽(yáng)能光伏電站的發(fā)電過(guò)程受到天氣變化的影響，光照強(qiáng)度的變化會(huì)導(dǎo)致光伏電站輸出電壓的波動(dòng)。而安穩(wěn)裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏電站的電壓情況，并采取相應(yīng)的控制策略，調(diào)節(jié)光伏電站的輸出功率，以保持電壓在合理范圍內(nèi)。第二，安穩(wěn)裝置可以通過(guò)電壓控制功能來(lái)調(diào)節(jié)光伏電站的無(wú)功功率，以實(shí)現(xiàn)電壓的恢復(fù)和調(diào)節(jié)。當(dāng)光伏電站發(fā)電過(guò)程中出現(xiàn)電壓偏離設(shè)定值時(shí)，安穩(wěn)裝置可以通過(guò)調(diào)節(jié)無(wú)功功率的輸出，改變光伏電站的無(wú)功電流注入，從而實(shí)現(xiàn)電壓的恢復(fù)和調(diào)節(jié)。第三，安穩(wěn)裝置還可以通過(guò)電壓控制功能來(lái)實(shí)現(xiàn)與電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。通過(guò)安穩(wěn)裝置的電壓控制功能，可以使光伏電站與電力系統(tǒng)保持協(xié)調(diào)和平衡，提高電力系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和可靠性[3]。

3.2 功率控制

第一，安穩(wěn)裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站的功率輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的功率需求及光照變化情況，安穩(wěn)裝置可以對(duì)光伏電站的逆變器進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)光伏電站的輸出功率，使其與電力系統(tǒng)的需求保持一致，以實(shí)現(xiàn)功率平衡。第二，安穩(wěn)裝置可以應(yīng)對(duì)光伏電站的快速功率波動(dòng)。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)中安穩(wěn)裝置的控制策略進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，安穩(wěn)裝置能夠快速響應(yīng)光伏電站功率波動(dòng)，控制光伏電站的輸出功率，維持整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。第三，安穩(wěn)裝置的功率控制還可以應(yīng)對(duì)光伏電站的負(fù)荷變化情況。通過(guò)安穩(wěn)裝置的功率控制，可以靈活調(diào)整光伏電站的輸出功率，將多余的電能注入電網(wǎng)或儲(chǔ)能設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)光伏電站的功率最大化和電力系統(tǒng)的負(fù)荷平衡。

3.3 故障恢復(fù)

在光伏電站中，安穩(wěn)裝置的故障恢復(fù)應(yīng)用主要是為了確保電力系統(tǒng)在發(fā)生故障或擾動(dòng)時(shí)能夠迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。

第一，安穩(wěn)裝置可以監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)中的故障信號(hào)，并根據(jù)故障類(lèi)型和程度，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行故障修復(fù)。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如線(xiàn)路短路、發(fā)電機(jī)失步等，安穩(wěn)裝置能夠及時(shí)檢測(cè)到故障信號(hào)，并通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁、負(fù)載的調(diào)整等控制手段，迅速恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)。

第二，安穩(wěn)裝置可以應(yīng)對(duì)光伏電站的擾動(dòng)情況。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，可能會(huì)出現(xiàn)各種擾動(dòng)，如突發(fā)負(fù)荷變化、風(fēng)速波動(dòng)等。這些擾動(dòng)可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行，甚至引起連鎖故障。通過(guò)安穩(wěn)裝置的控制策略和參數(shù)調(diào)整，可以及時(shí)響應(yīng)這些擾動(dòng)，通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出等手段，使電力系統(tǒng)盡快恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。

第三，安穩(wěn)裝置的故障恢復(fù)還可以通過(guò)對(duì)光伏電站的逆變器和電網(wǎng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷、電壓等參數(shù)的調(diào)節(jié)。當(dāng)光伏電站發(fā)生逆變器故障或電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，安穩(wěn)裝置可以通過(guò)調(diào)整光伏電站的輸出功率、電壓等參數(shù)，使系統(tǒng)的負(fù)載和電壓保持在安全穩(wěn)定的范圍內(nèi)，確保電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。安穩(wěn)裝置接收電廠(chǎng)端安穩(wěn)裝置傳送的當(dāng)前開(kāi)機(jī)信息，電廠(chǎng)端安穩(wěn)裝置接受其他安穩(wěn)裝置發(fā)送的切機(jī)命令，并配合本地判據(jù)執(zhí)行切機(jī)功能，與電廠(chǎng)端安穩(wěn)裝置通信信息內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 與電廠(chǎng)端安穩(wěn)裝置通信內(nèi)容

3.4 非線(xiàn)性負(fù)荷控制

非線(xiàn)性負(fù)荷是指對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生不均勻、不穩(wěn)定負(fù)載的負(fù)荷，例如電弧爐、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)等。非線(xiàn)性負(fù)荷的特點(diǎn)是其消耗的電能與電壓和頻率之間存在非線(xiàn)性關(guān)系。這意味著在非線(xiàn)性負(fù)荷啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)電力系統(tǒng)的電壓和頻率會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此，為了保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要采取措施對(duì)非線(xiàn)性負(fù)荷進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。安穩(wěn)裝置可以感知到非線(xiàn)性負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)的影響，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的反饋調(diào)節(jié)。非線(xiàn)性負(fù)荷控制還可以通過(guò)控制非線(xiàn)性負(fù)荷的運(yùn)行模式和策略來(lái)達(dá)到。在電力系統(tǒng)的高負(fù)荷時(shí)段，可以通過(guò)合理分配非線(xiàn)性負(fù)荷的啟動(dòng)時(shí)間和運(yùn)行周期，避免非線(xiàn)性負(fù)荷集中啟動(dòng)，從而減少對(duì)系統(tǒng)電壓和頻率的沖擊。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著新技術(shù)和新材料的不斷涌現(xiàn)，安穩(wěn)裝置在光伏電站中的應(yīng)用將會(huì)得到進(jìn)一步拓展和優(yōu)化，為光伏發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展提供更多可能性。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步深入探索不同安穩(wěn)裝置之間的相互作用和整體性能，以實(shí)現(xiàn)光伏電站的最佳設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)效果。