交直流電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性控制方法

摘" 要：交直流電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性控制方法主要集中在單一的調(diào)節(jié)手段上進(jìn)行定功率控制，導(dǎo)致電壓區(qū)域不穩(wěn)定，發(fā)生大規(guī)模波動(dòng)，為此研究交直流電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性控制方法。首先，通過對交直流電力系統(tǒng)的電壓進(jìn)行分區(qū)，揭示系統(tǒng)電壓分布的特點(diǎn)和規(guī)律。電壓分區(qū)后，構(gòu)建儲(chǔ)能單元的數(shù)學(xué)模型，針對直流配電網(wǎng)的慣性特性進(jìn)行詳細(xì)分析，確定電壓穩(wěn)定負(fù)荷裕度的計(jì)算方法，以評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性水平，最后，結(jié)合電壓暫態(tài)穩(wěn)定性控制輸出，實(shí)現(xiàn)交直流電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與無功補(bǔ)償方法和有功潮流優(yōu)化方法相比，研究的交直流電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性控制方法的交流子網(wǎng)的電壓區(qū)域穩(wěn)定，未發(fā)生大規(guī)模波動(dòng)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：交直流電力系統(tǒng)；電壓穩(wěn)定性；電壓分區(qū)；儲(chǔ)能單元；控制方法

中圖分類號：TM712" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）25-0160-05

Abstract： The voltage stability control method of AC/DC power system mainly focuses on a single regulation means， which leads to voltage region instability and large-scale fluctuation， so the voltage stability control method of AC/DC power system is studied. Firstly， the characteristics and rules of voltage distribution in AC/DC power system are revealed by dividing the voltage of AC/DC power system. After the voltage division， the mathematical model of the energy storage unit is constructed， the inertia characteristics of the DC distribution network are analyzed in detail， and the calculation method of the voltage stability load margin is determined to evaluate the stability level of the system. Finally， according to the voltage transient stability control output， the voltage stability control of AC/DC power system is realized. The experimental results show that： compared with the reactive power compensation method and the active power flow optimization method， the AC subnet voltage region of the AC/DC power system voltage stability control method is stable and has no large-scale fluctuation， so it has practical application value.

Keywords： AC/DC power system; voltage stability; voltage partition; energy storage unit; control method

隨著電力需求的增長和電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性成為重要關(guān)注領(lǐng)域。交直流電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由不同類型的發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路和負(fù)荷等組成。在電力輸送過程中，由于電力的生成和消耗不平衡、外部擾動(dòng)、負(fù)荷變化以及故障等因素的存在，會(huì)導(dǎo)致電壓的波動(dòng)和低壓現(xiàn)象。這可能會(huì)對電力設(shè)備的壽命和運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至導(dǎo)致設(shè)備燒毀和電力系統(tǒng)崩潰。因此，研究交直流電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性控制方法具有重要的實(shí)際意義。

目前，針對交直流電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性控制已經(jīng)開展了大量的研究工作。其中，無功補(bǔ)償方法雖然可以快速提高電壓穩(wěn)定性，但可能引發(fā)無功倒灌、系統(tǒng)振蕩等問題；有功潮流優(yōu)化方法理論上能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)控制，但是，由于其計(jì)算復(fù)雜度和實(shí)時(shí)性，其在實(shí)踐中的應(yīng)用受到了極大的限制。由于交直流電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性問題，涉及多方面的因素，如電力電子設(shè)備、無功功率平衡、有功功率傳輸?shù)?。為了改善現(xiàn)有方法存在的不足，需要研究有效的電壓穩(wěn)定性控制方法。

1" 電壓穩(wěn)定性控制方法設(shè)計(jì)

1.1" 交直流電力系統(tǒng)電壓分區(qū)

電壓分區(qū)的主要目的是將電力系統(tǒng)劃分為不同的區(qū)域，對每個(gè)區(qū)域的電壓狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的電壓控制。這樣可以有效降低電力系統(tǒng)中電壓波動(dòng)的傳播范圍，減少電網(wǎng)中電壓不穩(wěn)定性的影響范圍，提高電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性和可靠性。交直流電力系統(tǒng)電壓分區(qū)是一種將系統(tǒng)電壓按照一定規(guī)則劃分為不同區(qū)域的方法，一般情況下，在分區(qū)過程中，電壓水平、負(fù)載特性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素都要加以考慮。將交直流輸電系統(tǒng)的基本方程記作

1.2" 儲(chǔ)能單元建模

儲(chǔ)能單元可以在需求高峰時(shí)段儲(chǔ)存多余的能量，并在需求低谷時(shí)段釋放能量，從而平衡電力系統(tǒng)的供需差異，減少電網(wǎng)中的電壓波動(dòng)和電力負(fù)荷的變化。儲(chǔ)能單元建模為制定有效的電壓穩(wěn)定性控制策略提供了依據(jù)，促進(jìn)了可再生能源的高效利用和電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。因此，通過儲(chǔ)能單元的充放電控制來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓變化，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

在建模過程中，考慮儲(chǔ)能單元的多種特性，如能量儲(chǔ)存和釋放、電阻值、電流和電壓等，通過調(diào)整模型中的參數(shù)，模擬不同條件下的儲(chǔ)能單元行為，從而更好地理解其性能和局限性?？偟膩碚f，通過構(gòu)建儲(chǔ)能單元模型深入地理解區(qū)域電源充放電過程中儲(chǔ)能單元的工作機(jī)制和性能特點(diǎn)。

1.3" 交直流配電網(wǎng)慣性分析

通過交直流配電網(wǎng)慣性分析，可以獲得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，例如電壓暫態(tài)過程和頻率振蕩過程，從而有效地設(shè)計(jì)和優(yōu)化電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性控制方法。這樣做的作用是提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少電壓波動(dòng)，防止電力設(shè)備過載和故障，并確保電力供應(yīng)的可靠性。此外，交直流配電網(wǎng)慣性分析也有助于制定系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行策略，以支持可再生能源的大規(guī)模接入和電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展。

1.4" 確定電壓穩(wěn)定負(fù)荷裕度

慣性分析是確定電壓穩(wěn)定負(fù)荷裕度的前提，通過慣性分析，深入了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和響應(yīng)特性，從而為確定電壓穩(wěn)定負(fù)荷裕度提供基礎(chǔ)。負(fù)荷裕度的計(jì)算方法需要基于慣性分析的結(jié)果，以準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。以P-V曲線為基礎(chǔ)，研究在負(fù)載和故障干擾下，電力系統(tǒng)的特性，來判定系統(tǒng)的狀態(tài)是否穩(wěn)定，然后采用連續(xù)潮流法精確地求出各種負(fù)載下的潮流解[8-9]。

P-V曲線可以很好地反映電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定度，其中P表示負(fù)載節(jié)點(diǎn)的有功功率，V表示負(fù)載節(jié)點(diǎn)的電壓幅度。通過觀察曲線的形狀和位置，可以判斷系統(tǒng)在當(dāng)前負(fù)荷和故障擾動(dòng)下的穩(wěn)定性狀態(tài)。利用連續(xù)潮流法模擬系統(tǒng)中每個(gè)運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的P-V曲線，這就要求假定載荷持續(xù)增長，并且要觀測到系統(tǒng)的反應(yīng)。利用P-V曲線，對系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性進(jìn)行直觀的分析。P-V曲線如圖1所示。

1.5" 交直流電壓暫態(tài)穩(wěn)定性控制輸出

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對交直流電壓暫態(tài)穩(wěn)定參數(shù)進(jìn)行分析，利用節(jié)點(diǎn)電壓與電網(wǎng)電流參量控制等方法，建立交流直流系統(tǒng)多電源控制模型

2" 實(shí)驗(yàn)

2.1" 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了驗(yàn)證本文所提出的方法在交直流電力系統(tǒng)中的有效性，假設(shè)區(qū)域電源在孤島模式下運(yùn)行，在圖2中顯示了實(shí)驗(yàn)環(huán)境的設(shè)置。

并為其設(shè)置了相應(yīng)的控制參數(shù)及參數(shù)范圍，具體信息見表1。

此外，為了模擬實(shí)際光伏電站的出力波動(dòng)情況，將光伏電站接入到某條母線上。該光伏電站的出力波動(dòng)曲線如圖3所示，這條曲線反映了光伏發(fā)電在實(shí)際運(yùn)行中的出力變化特性，為研究提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。

通過采用以上模擬系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，驗(yàn)證本文所提出的方法在處理交直流電力系統(tǒng)中的電壓穩(wěn)定性。

2.2" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

圖4為3種方法控制下母線電壓的變化曲線。

本文將電力系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)電壓變動(dòng)曲線分為2個(gè)部分：一是交流節(jié)點(diǎn)電壓變動(dòng)曲線，二是直流節(jié)點(diǎn)電壓變動(dòng)曲線。通過對節(jié)點(diǎn)電壓變化曲線的分析可知，即圖4，采用本文提出的算法，與無功補(bǔ)償算法、有功功率優(yōu)化算法相比，交流網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)回路的電壓穩(wěn)定性都有了很大的提高，并且在負(fù)荷過大的情況下，交流網(wǎng)絡(luò)的電壓范圍是穩(wěn)定的，沒有出現(xiàn)大的波動(dòng)。在對交流電壓進(jìn)行分析之后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出了直流母線電壓的變化曲線，并進(jìn)行了分析。從圖4（b）中可以看到，采用本文方法能夠在孤島運(yùn)行的情況下有效地進(jìn)行分區(qū)供電，并且整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)是平穩(wěn)的。

3" 結(jié)束語

本文深入探討了交直流電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性控制方法。電壓穩(wěn)定性控制是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在效果方面，本文的控制方法能夠優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提高電壓穩(wěn)定裕度。然而，現(xiàn)有控制方法仍存在一些不足之處。如現(xiàn)有方法在實(shí)際應(yīng)用中可能面臨多種不確定因素的影響，如負(fù)荷波動(dòng)、設(shè)備故障等，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。展望未來，隨著科技的不斷進(jìn)步和交叉學(xué)科的發(fā)展，期待出現(xiàn)更加先進(jìn)、有效的電壓穩(wěn)定性控制方法。一方面，可以利用更強(qiáng)大的計(jì)算能力和大數(shù)據(jù)技術(shù)，提高模型的泛化能力和算法的優(yōu)化效果；另一方面，可以借鑒其他領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，如自適應(yīng)控制、滑模控制等，以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)、快速的控制效果。同時(shí)，還需要加強(qiáng)與實(shí)際系統(tǒng)的結(jié)合，不斷在實(shí)際環(huán)境中驗(yàn)證和改進(jìn)控制方法，以更好地滿足電力系統(tǒng)的實(shí)際需求。

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