基于5G 通信的分布式電源波動(dòng)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(dòng)問題成為影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。然而，分布式電源的波動(dòng)問題一直是影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)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(dòng)控制方法。5G 通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高速度、低延遲的通信，使得實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋調(diào)整成為可能。該方法利用5G 通信的高速度、低時(shí)延特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和波動(dòng)控制，提升分布式電源的穩(wěn)定性和可靠性，降低對(duì)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(shì)，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(dòng)控制方法的設(shè)計(jì)

1.1 基于5G 通信技術(shù)提取分布式電源波動(dòng)特征

傳統(tǒng)的電壓波動(dòng)具有一定的規(guī)律性，這使得分析產(chǎn)生機(jī)制相對(duì)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(dòng)。其中，電壓波動(dòng)q、電壓波動(dòng)頻率w是測(cè)量電壓波動(dòng)速度的物理量[2-3]。計(jì)算電壓波動(dòng)的對(duì)應(yīng)公式為

式中：ΔE表示均方根曲線中電壓相鄰的兩個(gè)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(jì)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(dòng)。

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(jì)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(dòng)主要?dú)w因于等值阻抗上的電壓波動(dòng)，可以認(rèn)為用電負(fù)載對(duì)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(dòng)可以歸因于等值阻抗z0上的電壓波動(dòng)。

電力系統(tǒng)的輸電線中，當(dāng)電網(wǎng)的電壓較高時(shí)，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(gè)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(dòng)；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(shí)供電線路電壓波動(dòng)的計(jì)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(huì)導(dǎo)致電壓幅值波動(dòng)。式（4）是目前估計(jì)和測(cè)定電壓波動(dòng)的常用方法，也是傳統(tǒng)電路中計(jì)算電壓波動(dòng)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(duì)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(dòng)的特征及其產(chǎn)生的原因[6]。

1.2 計(jì)算分布式電源的電壓波動(dòng)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(jí)出現(xiàn)電壓波動(dòng)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(dòng)并不遵循傳統(tǒng)輸電電路電壓波動(dòng)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(shì)完全相反[8]。該電壓變化量的計(jì)算公式為

式中：ΔS表示注入的功率變化量；U表示接入點(diǎn)的電壓；θ表示功率因數(shù)角；Sk表示接入點(diǎn)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(zhǎng)度不會(huì)太長(zhǎng)，因此在其線路兩端的相移不會(huì)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(shí)，在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上的電壓波動(dòng)的計(jì)算公式為

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

基于分析可知，電壓波動(dòng)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(dòng)時(shí)可以忽略功率因數(shù)[10]。

1.3 控制分布式電源的電壓波動(dòng)

最大限度地降低節(jié)點(diǎn)電壓的非周期性，是降低分布式電源電壓波動(dòng)的重要方法，可以通過將功率因數(shù)系數(shù)設(shè)為0 實(shí)現(xiàn)。功率因數(shù)是合環(huán)瞬間電流瞬時(shí)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(dòng)[11]。

功率變化量ΔS恒定時(shí)，距離接入點(diǎn)越近的功率變化對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的影響越大，因此文章根據(jù)該特點(diǎn)設(shè)計(jì)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(dòng)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(shí),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(duì)應(yīng)的電壓。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為證明基于5G 通信的分布式電源波動(dòng)控制方法的有效性，搭建一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)包括多個(gè)分布式電源、5G 通信網(wǎng)絡(luò)以及控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)試該方法在分布式電源波動(dòng)控制方面的性能，包括控制的精準(zhǔn)度以及穩(wěn)定性。平臺(tái)中剛性負(fù)荷為30 kW，可時(shí)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(tái)中的各個(gè)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(tái)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(shí)驗(yàn)中設(shè)定波動(dòng)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(cè)試，對(duì)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(dòng)的自動(dòng)電壓控制方法）控制以及實(shí)驗(yàn)設(shè)定的最優(yōu)分布式電源出力數(shù)值。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

基于實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)定分布式電源出力

根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)的自動(dòng)電壓控制方法（傳統(tǒng)方法）的波動(dòng)控制效果進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果如圖1 所示。

圖1 測(cè)試結(jié)果

由圖1 可知，基于5G 通信的分布式電源波動(dòng)控制方法能夠更好地控制分布式電源總用電負(fù)荷波動(dòng)，更趨近于實(shí)驗(yàn)設(shè)定的最優(yōu)分布式電源出力，并且其波動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制方法，通過充分利用5G 通信的高速度和低時(shí)延特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和波動(dòng)控制。實(shí)驗(yàn)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(duì)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(dòng)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。