電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)及其應(yīng)用研究

雷 鳴，趙選宗、，喬立同，劉世超，杜鵬程，苗偉威

(國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，山東濟(jì)南250001)

[摘要] 電力系統(tǒng)作為現(xiàn)實(shí)社會(huì)最基本的能源輸出機(jī)構(gòu)，和廣大人民群眾的日常生活及我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切關(guān)聯(lián)。供電裝置運(yùn)行狀態(tài)倘若不能夠達(dá)到穩(wěn)定，一般可引發(fā)大范圍、長(zhǎng)久性的斷電故障，并且由此導(dǎo)致嚴(yán)重的社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失及不穩(wěn)定的社會(huì)負(fù)面影響。所以，探討電力裝置安全平穩(wěn)管控技術(shù)且研討滿(mǎn)足社會(huì)進(jìn)步需求的新型電力裝置安全平穩(wěn)管控工藝，對(duì)于達(dá)到現(xiàn)實(shí)電力負(fù)載的科學(xué)匹配、完善我國(guó)目前電力裝置的送電功能及電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)作具備相當(dāng)關(guān)鍵的價(jià)值。

關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng) 安全穩(wěn)定 控制技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)TM715

1電力裝置安全平穩(wěn)調(diào)控

1.1電力裝置穩(wěn)定運(yùn)行的基本概念

電力裝置運(yùn)作的基本任務(wù)是給廣大客戶(hù)提供持續(xù)性的線路電壓及功效平穩(wěn)的電力能源。電源運(yùn)行的指標(biāo)集中在輸電的精度、穩(wěn)定性和效率上。發(fā)電廠運(yùn)行的穩(wěn)定性是滿(mǎn)足供電客戶(hù)長(zhǎng)期穩(wěn)定的需求。它是指長(zhǎng)時(shí)間、平穩(wěn)地交付給客戶(hù)充分的電能效率。它的平穩(wěn)性能代表電力單位能夠有效地處理外部環(huán)境中各種可能的干擾，而不會(huì)導(dǎo)致用戶(hù)停止用電的風(fēng)險(xiǎn)概率。效率代表電力線路在遇到外部電壓擾動(dòng)后，保持平穩(wěn)運(yùn)行或恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)的速度和能力。

1.2電力裝置安全平穩(wěn)調(diào)控機(jī)制類(lèi)型的劃分

依照信息收集和傳送以及對(duì)其處置模式的差異，電力裝置安全平穩(wěn)調(diào)控的模式可以劃分成如下幾類(lèi)：一是基于場(chǎng)的控制方法。在這種控制方法下，電源控制機(jī)制被布置在每個(gè)控制站點(diǎn)的下面分散，實(shí)現(xiàn)各個(gè)站點(diǎn)之間的信息交換。只有按照控制站點(diǎn)的站點(diǎn)控制消息來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換和辨別，才能解決控制現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的各種問(wèn)題。二是集中管理和控制。這種控制模式具有單獨(dú)的通信和參數(shù)采集系統(tǒng)，是在電力調(diào)度控制中心位于總控設(shè)備中，實(shí)施在線檢測(cè)裝置的運(yùn)行形式。按照電源設(shè)備操作形成相應(yīng)的控制手段，給出了操作說(shuō)明，并對(duì)整個(gè)電力設(shè)備打開(kāi)了安全、平穩(wěn)的調(diào)節(jié)。三者屬于區(qū)域功能調(diào)節(jié)機(jī)制。區(qū)域穩(wěn)定調(diào)節(jié)機(jī)制是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)相關(guān)電源。在多站點(diǎn)的配置和控制中安全穩(wěn)定的調(diào)節(jié)機(jī)制，可以完成各個(gè)控制站之間電網(wǎng)運(yùn)行信息相互通信和控制指令的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了電源設(shè)備的大間隔。

2影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的原因分析

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，各產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展。電力產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)基礎(chǔ)型經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)之一，其系統(tǒng)運(yùn)行的穗定性直接影響著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)。因此，如何確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定是電力工作者必須重視的問(wèn)題。我國(guó)電力事業(yè)高速發(fā)展促使了電網(wǎng)范圍不斷擴(kuò)大;而隨著電網(wǎng)數(shù)量的不斷增加，系統(tǒng)不穩(wěn)定事故發(fā)生的概率越來(lái)越高，每一次事故造成的經(jīng)濟(jì)損失都非常嚴(yán)重。因此，穩(wěn)定電力系統(tǒng)運(yùn)行安全已經(jīng)成為電力系統(tǒng)從業(yè)人員刻不容緩的工作。經(jīng)過(guò)前段時(shí)間對(duì)東北和華東等地區(qū)的電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析與調(diào)查，筆者認(rèn)為影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的原因大致分為三種：薄弱的電網(wǎng)構(gòu)造體系使得電網(wǎng)經(jīng)不得任何動(dòng)蕩;必要技術(shù)措施的匱乏，或者使用了不正確的防范措施;在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，管理手段與管理目標(biāo)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)管理的穩(wěn)定性與安全性需求。電網(wǎng)構(gòu)造體系是確保電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，同時(shí)也是電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)認(rèn)真對(duì)待的問(wèn)題。

3電力裝置安全平穩(wěn)調(diào)控的重點(diǎn)工藝

3.1電力裝置安全平穩(wěn)調(diào)控的慣用工藝

3.1.1低頻調(diào)控工藝

低頻功率信號(hào)頻率振蕩與器件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行參數(shù)以及動(dòng)力裝置的運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)，原因是由于長(zhǎng)距離輸電線路出現(xiàn)了電源波動(dòng)，大尺度、弱連桿機(jī)構(gòu)型阻尼系統(tǒng)振蕩減弱，遠(yuǎn)距離傳輸電路的中間部分或接收端電壓限制。在安全穩(wěn)定的控制機(jī)制中，增加了微弱頻率測(cè)試的判斷準(zhǔn)則和控制手段，即能及時(shí)驗(yàn)證和控制微弱頻率阻尼振蕩。在設(shè)備中部的長(zhǎng)距離傳輸電路中，添加支持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、平衡串聯(lián)電容器件、選擇直流輸電線路方案和設(shè)置同步調(diào)節(jié)電壓相位的實(shí)際方法，以加強(qiáng)電壓型負(fù)荷的功能。

3.1.2低壓型調(diào)控工藝

線路的大電壓波動(dòng)是推動(dòng)低壓控制過(guò)程的基本動(dòng)力。由于線路電壓波動(dòng)大，導(dǎo)致整個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)的異常波動(dòng)。線路電壓的變化是由于線路電壓的波動(dòng)引起的，導(dǎo)致電網(wǎng)的大規(guī)模、大規(guī)模的電壓降低，導(dǎo)致較大的供電區(qū)出現(xiàn)意外停電。低壓電路控制技術(shù)可以依靠相關(guān)的信息管理系統(tǒng)來(lái)收集電源設(shè)備在操作過(guò)程中的各種參數(shù)，并且能夠預(yù)測(cè)電壓故障狀態(tài)下可能導(dǎo)致的癱瘓電壓控制，平滑地實(shí)現(xiàn)了中間電壓穩(wěn)定度的分析計(jì)算，為電壓控制制定了預(yù)防措施。

3.2光電傳感器的新技術(shù)

與傳統(tǒng)的電壓和電流互感器相比，新型的光電流和電壓互感器具有明顯的優(yōu)越性，具有良好的絕緣性能。現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理器( DSP)與光電傳感技術(shù)的結(jié)合，已成為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)的新方向，其在全球定位系統(tǒng)(GPS)中的應(yīng)用可以實(shí)時(shí)解決了廣域時(shí)間尺度問(wèn)題。

3.3自適應(yīng)穩(wěn)定控制技術(shù)

使控制系統(tǒng)對(duì)未建模部分的動(dòng)態(tài)過(guò)程以及對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化變得不敏感是自適應(yīng)控制的最終目標(biāo)。其作用原理是這樣的：當(dāng)系統(tǒng)控制過(guò)程發(fā)生動(dòng)態(tài)變化時(shí)，自適應(yīng)控制系統(tǒng)能及時(shí)捕捉這一變化，并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制策略和相關(guān)的控制器參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。

4電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)應(yīng)用分析

4.1電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制體系的構(gòu)建

在進(jìn)行電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要把電力殺系統(tǒng)的安全性放在首要位置，確保電力系統(tǒng)的持續(xù)安全穩(wěn)定。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)可分為擾動(dòng)前的電力系統(tǒng)安全系統(tǒng)和擾動(dòng)后的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由三條防線組成。第一條防線確保系統(tǒng)正常運(yùn)行和滿(mǎn)足各類(lèi)電力系統(tǒng)大擾動(dòng)的安全要求。當(dāng)安全故障發(fā)生時(shí)，防御線可以安全、快速地用繼電保護(hù)機(jī)制消除故障分量，保證電網(wǎng)中常見(jiàn)故障的正常穩(wěn)定運(yùn)行。該防線主要應(yīng)用于繼電保護(hù)、在線系統(tǒng)設(shè)備、安全穩(wěn)定、預(yù)防控制技術(shù)等措施。第二條防線采用技術(shù)措施，對(duì)穩(wěn)定控制裝置和切割機(jī)及切削載荷、穩(wěn)定控制、應(yīng)急功率調(diào)制和串聯(lián)補(bǔ)償?shù)冗M(jìn)行防失穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)緊急控制嚴(yán)重限制，確保在發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)能夠，繼續(xù)保持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。第三條防線為防御分裂、再同步.和頻率、電壓緊急控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)緊急控制，避免系統(tǒng)崩潰，可防止事故的發(fā)生。

4.2電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制過(guò)程

電力系統(tǒng)作為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，具有非常復(fù)雜的非線性。由于電氣系統(tǒng)范圍的變化相對(duì)較大，且時(shí)間短，計(jì)算和比較煩瑣，決定了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制效果，對(duì)于安全控制策略的分析要求應(yīng)在事放前做好充分準(zhǔn)備。解決這個(gè)問(wèn)題通常有兩種方法：一是在線方式。該方法基于電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)在線決策系統(tǒng)的服務(wù)器對(duì)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)故障進(jìn)行分析和計(jì)算，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的電流電網(wǎng)控制策略表。應(yīng)該指出的是，該方法的實(shí)施需要當(dāng)前的網(wǎng)格操作和大量的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，這是難以實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)踐中，這種方法很少使用。二是脫機(jī)方式通過(guò)對(duì)電網(wǎng)不同運(yùn)行狀態(tài)下可能出現(xiàn)的故障的穩(wěn)態(tài)計(jì)算和分析，為電網(wǎng)控制策略表的分析和計(jì)算提供了一種方法。與在線方法相比，該方法實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是計(jì)算和維護(hù)工作量大，對(duì)電網(wǎng)發(fā)展的適應(yīng)性較差。

總之，充分發(fā)掘與綜合運(yùn)用信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及控制領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)來(lái)為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制服務(wù)，是提升電力安全系統(tǒng)穩(wěn)定控制水平的有效方式：電力工作者應(yīng)努力探索應(yīng)用新的電力安全控制技術(shù)及其運(yùn)用的合理模式，以確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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