一種新型的輸電線路穩(wěn)壓控制方案設計

中圖分類號：TM721.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）21-0105-04

Abstract：WiththerapiddevelopmentandapplicationofDCtransmision technology，theresearchonDCbusvoltage stabilizationtechologyhasbecomeincreasinglyimportant.Existingvoltagestabilizationstrategiesgenerallyhaveproblemssuchas lowintellgencelevelslowresponseseedandinsuffcientmonitoingaccuracywhichisdificulttomeettherequrntsof modernpowersystemsforeficientandstablevoltagecontrol.Aimingattheseshortcomings，thispaperproposesavoltage stabilizationstrategyforDCtransmissonlinesbasedonthee-leveluninteruptedpoweroutage，high-precisioncalibrationstatus andtravelingwavefaultlocation，aimingtoimprovethefaultresponseabilityandvoltagestabilizationcontroltechnologyofthe powersupplysystem.Throughreal-timemonitoringofvoltageconditions，analysisoftravelingwavecharacteristics，andcombined withadvancedalgoriths，anewvoltagestabilizationcontrolschemefortransmissionliesisdesignedtofectivelyiprovethe voltagestabilizationpeformanceofDCbuses.Experimentalresultsshowthattheresearchinthispaperachievesexcellntcircuit voltagestabilizationefectsinvariousaplicationscenariosandprovidesimportantsupportforthestableoperationoftheDC transmission system.

Keywords： power transmission; voltage control; traveling wave; voltage stabilization; fault location

隨著現代社會對高可靠性供電需求的不斷增長，直流供電系統(tǒng)在數據中心、通信基站、電動汽車充電站、可再生能源接入和工業(yè)自動化等領域的應用日益廣泛。直流母線是這些供電系統(tǒng)中的核心環(huán)節(jié)，其電壓穩(wěn)定性對系統(tǒng)的運行效率、可靠性和設備壽命具有重要意義。直流供電系統(tǒng)通常運行在復雜的動態(tài)電網環(huán)境中，受到負載快速切換、電網波動、儲能設備老化和外部干擾的影響，導致直流母線電壓容易產生劇烈波動或長期偏離目標值，最終導致供電故障的頻頻發(fā)生。為應對上述客觀問題，電力從業(yè)人員提出一種三級不間斷供電方案設計，當直流母線供電發(fā)生異常，通過設置多層級的換電方案，能夠在母線故障的瞬間，快速切換到備用供電，保障電力傳輸安全穩(wěn)定。本文根據現有的3級不間斷供電穩(wěn)壓策略展開研究，分析在實際應用過程中三級不間斷供電的應用局限性和待解決問題，提出一種高效率、高精度的直流輸電線路穩(wěn)壓策略。

1直流輸電線路穩(wěn)壓控制策略設計思路

直流母線供電系統(tǒng)可能出現多種故障，如短路、接地故障、過載和設備老化等。每種故障的特征和影響不同，導致故障定位的復雜性增加。因此，需要構建一種基于實時采集電路參數信息分析、根據結果實現智能切換的供電系統(tǒng)排障方案，做到快速定位、靈活切供電的電路穩(wěn)壓控制效果，下文針對上面2點展開深人探究。

1.1 量化電壓參數值

供電線路中實時監(jiān)測供電電壓值是確保電力供應穩(wěn)定和安全的關鍵環(huán)節(jié)。如果供電線路電壓值的監(jiān)測準確度低，將導致對線路電壓穩(wěn)定性判斷出現偏差。當電壓波動較大時，監(jiān)測設備可能無法及時捕捉到這些變化，導致系統(tǒng)判斷電壓仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)。其次，環(huán)境因素如溫度、濕度和電磁干擾等也可能影響監(jiān)測設備的性能，進一步加劇了數據的不確定性。此外，數據傳輸過程中的延遲或丟包現象也會導致實時監(jiān)測信息的失真，使得運維人員無法及時做出反應。針對上面提出的問題，本文從監(jiān)測實時供電電壓、具象化電壓傳輸狀態(tài)出發(fā)，做到瞬時狀態(tài)和周期性電壓分析，提升對供電線路的狀態(tài)監(jiān)控水平，根據分析結果，實現3級不間斷電源的準確切換電，最終確保供電線路電壓穩(wěn)定的目的。

1.2輸電線路故障定位解決方案

現有常規(guī)電路排障技術研究現狀將排障方案主要分為三大類，分別是故障分析法、智能測距法和行波法。當中的故障分析法根據電路分析源切入，又細分成單端分析和雙端分析。故障分析法主要采用構建微積分方程，采用數據參數量化分析，如果采集參數誤差較大，使得結果脫離實際精度標準，進而影響到故障定位的準確性。智能測距法依托人工神經網絡構建模糊專家系統(tǒng)，引入概率和統(tǒng)計策略，從根本原理提升輸電線路故障定位的準確率。但是復雜的神經網絡算法，帶來新的數據量大、運算負荷呈指數型上升問題，效率較低。最終，本文選擇了利用故障線路的電流行波特性進行問題分析的解決方案，監(jiān)測線路接收的行波信號，采集線模和零模分量信息，使其應用于最后的排障定位技術方案。

23級不間斷電源線路穩(wěn)壓控制方法

2.1 監(jiān)測電路電壓圖示

1實時采集3級供電的電路區(qū)間電壓值，將采集的持續(xù)區(qū)間電壓值和對應時刻生成折線圖輸出。

2）設置圖像分析時刻點， t₁，t₂，…，t_i. 其中 t₂-t₁=t₃-t₂= …=t_i-t_i-1 ；基于圖像分析時刻點獲取以 t₁±Δt 為觀察時閾的折線圖像，其中

3）遍歷觀察時域的所有采集電壓值，獲取任意的 t₁₁ 時刻和 t₁₂ 時刻電壓差和對應電壓值。

若 t₁₁ 時刻和 t₁₂ 時刻的電壓差在穩(wěn)定閥值 Δ 穩(wěn)內，標記為一次穩(wěn)定；否則標記為一次波動，記錄為 Δ 波。

若 t₁₁ 或 t₁₂ 時刻的電壓差與普通電壓的電壓差在安全閾值 Δ 安內，標記為一次安全；否則標記為一次危險，記錄為 Δ 危。

4）重復1）一3），直至采集完成 t₁±Δt 觀察時閥內的所有電壓值和標記完所有采集電壓值狀態(tài)。

電壓監(jiān)測狀態(tài)圖如圖1所示。

2.2實時電路電壓波動狀態(tài)標定

在完成一個周期的觀察時閥電壓值標定后，本文將展開詳細的線路電壓狀態(tài)分析，具體參見下列描述。

如果檢測任意時刻電壓值與普通電壓的電壓差處于△安，持續(xù)獲取當前時刻的次時刻： ① 若檢測次時刻處于 Δ 穩(wěn)、 Δ 安，標定電路安全。 ② 若檢測次時刻處于Δ 危，進一步獲取次二時刻狀態(tài)：若檢測次二時刻處于Δ 穩(wěn)、 Δ 安，標定電路安全；若檢測次二時刻處于 Δ 危，標定電路預警；若檢測次二時刻處于△波、 Δ 安，標定電路可接受波動。 ③ 若檢測次時刻處于 Δ 波、 Δ 安，進一步獲取次二時刻狀態(tài)：若檢測次二時刻處于 Δ 安，標定電路安全；若檢測次二時刻處于 Δ 穩(wěn)、 Δ 危，標定電路可接受波動;若檢測次二時刻處于 Δ 波、 Δ 危，標定電路預警。

基于所有的可接受波動情況統(tǒng)計，計算任意相鄰的被標記為可接受波動的時間差：若該時間差小于預設閾值，則新增 ξ_t1±Δt 觀察時閥內所有的電路預警次數1次。

設以 δ_t1±Δt 為觀察時閥的時間范圍內，被標記為電路預警的次數超過穩(wěn)定電路限制范圍，則標記 ξ_t1±Δt 觀察時閾內，當前觀察時閾電路電壓不穩(wěn)定，存在大波動。

若不超過穩(wěn)定電路限制范圍，標記當前觀察時閾電路電壓穩(wěn)定。電路波動狀態(tài)標定詳見表1。

3基于行波定位法準確判斷故障點

3.1采用線模和零模分量的復雜電路交合故障點監(jiān)測

假設A端表示為直流母線主供電，B級由分組蓄電池通過雙向DC/DC并聯電源模塊將12V電壓升壓至220V 進行輸出帶載，D級由多個蓄電池單體串聯構成的供電體系，直流母線到負載的檢測段為C；其中當A、B和連接負載端線路故障點分別表示為 ErrA，ErrB 和ErrC。

任意故障在供電系統(tǒng)的零模和線模分量傳輸速度分別為Vli和 Vze ，T1li和T1ze分別為交合故障點基于傳輸速度Vli和 Vze 傳輸電能到A級消耗時間，T2li和T2ze分別為交合故障點基于傳輸速度Vli和Vze傳輸電能到B級消耗時間，T3li和T3ze分別為交合故障點基于傳輸速度Vli和Vze傳輸電能到C級消耗時間，交合故障點圖示如圖2所示。

計算任意交合故障點基于傳輸速度Vli和 Vze 到不同檢測端的時間差為

3.2采用線模和零模分量的復雜電路區(qū)間故障點監(jiān)測

假設TAli和TAze分別為任意區(qū)間故障點基于傳輸速度Vli和Vze到A級消耗時間，TBli和TBze分別為任意區(qū)間故障點基于傳輸速度Vli和Vze到B級時間，TCli和TCze分別為任意區(qū)間故障點基于傳輸速度Vli和Vze到C級時間。

計算任意區(qū)間故障點基于傳輸速度Vli和Vze到對應檢測端的時間差為

δErrA=TAze-TAli;δErrB=TBze-TBli;δErrC=TCze- TCli。

構建ErrA故障點基于傳輸速度Vli和Vze到不同檢測端的時間差計算式

δErrA=TAze-TAli=（T1ze-TErrAze）-（T1li-TErrAli） =（T1ze-T1li）+（TErrAli-TErrAze）

SErrB=TBze-TBli=（T2ze+TErrAze）-（T2li+TErrAli） =（T2ze-T2li）+（TErrAze-TErrAli）

δErrC=TCze-TCli=（T3ze+TErrAze）-（T3li+TErrAli） =（T3ze-T3li）+（TErrAze-TErrAli） 式中： TErrAli 和 TErrAze 分別為 ErrA 基于傳輸速度Vli 和 Vze 到交合點的時間；由于任意線模速度大于零模速度，因而其分量也同樣遵循該規(guī)則，即TErrA-TerrAze必定小于 0^5]"0

基于TErrAli和TErrAze的參數大小，獲取任意區(qū)間故障點與任意交合故障點的時間差的關系式，為

ErrA：δErrAlt;δ1;δErrBgt;δ2;δErrCgt;δ3_∣

重復上述步驟，分別構建 ErrB 和 ErrC 故障點基于傳輸速度Vli和 Vze 到不同檢測端的時間差計算式，再基于計算式分別獲取在 故障點對應的任意區(qū)間故障點與任意交合故障點的時間差的關系式，為

區(qū)間故障點圖示如圖3所示。

4結論

通過實時監(jiān)測直流母線的供電狀態(tài)，時刻獲取其輸電電壓值，并根據線路的輸電狀態(tài)和電壓值，啟用智慧型供電策護，實現了高效率、高準確度的故障用電切換設計，保障了電力系統(tǒng)在配電輸電過程中高效穩(wěn)定運行。根據工業(yè)發(fā)達國家的調查，每年因輸電線路老化、物理損壞等因素造成的經濟損失約占國民生產總值的 2%～4% ，我國每年因輸電線路故障造成的經濟損失至少達2000億元?；诒疚牡?級不間斷供電穩(wěn)壓策略，對現有的輸電線路系統(tǒng)改造升級后，可減少因供電電壓不穩(wěn)定導致輸電線路故障的問題，節(jié)約費用約1500億元。

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