交直流電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制問題研究

楊覆岳

內(nèi)蒙古送變電有限責(zé)任公司

交直流電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制問題研究

楊覆岳

內(nèi)蒙古送變電有限責(zé)任公司

隨著社會的不斷發(fā)展，我國電力的規(guī)模也在逐漸擴(kuò)大，電力輸送與控制問題成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由于我國能源的分布規(guī)律呈現(xiàn)出不均衡的狀態(tài)，所以電力運(yùn)輸過程中要經(jīng)過許多復(fù)雜的地形與區(qū)域。傳統(tǒng)的交直流電力系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的運(yùn)作狀態(tài)，呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的現(xiàn)象。本文以交直流電力的暫態(tài)穩(wěn)定機(jī)理作為出發(fā)點(diǎn)，對控制方式進(jìn)行分析。

交直流電力；暫態(tài)穩(wěn)定；分析與控制；研究

前言

以“能源輸送”為電力負(fù)載中心的輸電方式主要有兩種。一種是直流電力輸送，另一種是交流電力輸送。前者主要將電流直接輸送，而后者則是通過數(shù)據(jù)在電網(wǎng)中調(diào)配方式的靈活性調(diào)節(jié)進(jìn)行傳遞的一種方式。傳統(tǒng)的交直流電中往往會出現(xiàn)控制不得當(dāng)?shù)那闆r，進(jìn)行影響整體電路的穩(wěn)定性運(yùn)行。所以，暫態(tài)穩(wěn)定的分析與控制必不可少。

一、交直流電力系統(tǒng)的分類

交直流電力系統(tǒng)主要分為三大類，它們在共同作用的基礎(chǔ)上保證電力運(yùn)輸?shù)姆秶c流程。第一類，直流電與交流電共同運(yùn)作方式。簡單來說，就是在電網(wǎng)的兩端運(yùn)輸接口處二者呈現(xiàn)出共存的狀態(tài)，它們也可以根據(jù)電力的需求進(jìn)行互相交替。電力的兩個端口分別為“送電端口”與“收電端口”。送電端口主要是電力傳輸?shù)幕韭窂?，而收點(diǎn)端口主要對交直流電進(jìn)行運(yùn)輸化調(diào)節(jié)。將交流系統(tǒng)中心以直流電嵌入的方式進(jìn)行。第二類是只有直流電，沒有交流電的情況。在此情況當(dāng)中，兩個端口運(yùn)維平臺進(jìn)行獨(dú)立性工作，不會對彼此的工作任務(wù)進(jìn)行負(fù)責(zé)，只有階段性的分管流程。直流電與交流電是相互矛盾的兩個載體，不建立彼此聯(lián)合的運(yùn)維平臺。第三類是在送電網(wǎng)的一端有直流電與交流電的交叉部分。而另一端則不存在。部分電流在電網(wǎng)的調(diào)節(jié)下進(jìn)行循環(huán)運(yùn)作，將直流系統(tǒng)劃分為無數(shù)個小型的分支路線，以嵌入的方式融入到交流電的中心處，形成異步中心的電力聯(lián)絡(luò)平臺。這種類型的交直流電力系統(tǒng)在南方有著比較明顯的體現(xiàn)，它又被稱之為“混合式”聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)電流的變化進(jìn)行自我調(diào)整[1]。

二、交直流電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析與控制

（一）電網(wǎng)分區(qū)控制法

電網(wǎng)分區(qū)控制法是交直流電暫穩(wěn)系統(tǒng)中的一種重要方式。它主要是通過調(diào)整電力結(jié)構(gòu)的方法來進(jìn)行有效的控制[2]。其主要思路如下：第一，將總電網(wǎng)進(jìn)行拆分，以“獨(dú)立發(fā)電單元”的同步輸送平臺為主，進(jìn)行優(yōu)先劃分。這些獨(dú)立發(fā)電單元的主要作用是進(jìn)行輸電路徑的連接，以直流電為運(yùn)行手段。柔性直流電能夠?qū)⒖傮w電流進(jìn)行同步化傳遞，在嵌入式異步相連的系統(tǒng)空間內(nèi)進(jìn)行整合，并將電力輸送到更大面積的范圍內(nèi)。這種方式的最主要特點(diǎn)是可以在電網(wǎng)發(fā)生沖突時進(jìn)行波幅收納，以“吸收器”的形式進(jìn)行靈活性調(diào)整，以提高電力運(yùn)輸?shù)目傮w穩(wěn)定性。這種控制方法的優(yōu)勢也是極其突出的。首先，它將大型傳送電網(wǎng)進(jìn)行獨(dú)立劃分，避免了電力大面積的運(yùn)輸，也較少的故障發(fā)生的概率。如：交流電在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維區(qū)間進(jìn)行方向移動，假定它以單線電流的形態(tài)進(jìn)行發(fā)展。當(dāng)單線負(fù)載承受力過于集中使，會出現(xiàn)爆炸等情況。而電網(wǎng)分區(qū)控制法則是將無數(shù)個交流線路進(jìn)行分割，臨近的電流如果發(fā)生負(fù)載的情況會進(jìn)行路徑轉(zhuǎn)移，并且完成自動化切割方式。故障可以由一個區(qū)域迅速轉(zhuǎn)移到另一個區(qū)域，以階段化平移的方式實(shí)現(xiàn)消除與瓦解。而每個電網(wǎng)的獨(dú)立形態(tài)之間也存在著一定的間隔，間隔的功能就相當(dāng)于“防火墻”，可以有效抑制故障的繼續(xù)發(fā)展。由于電力在進(jìn)行大面積輸送時很有可能會出現(xiàn)跳閘的情況，電網(wǎng)分區(qū)法可以進(jìn)行有效的規(guī)劃，進(jìn)而避免導(dǎo)電等問題。其次，規(guī)避區(qū)間內(nèi)低頻震蕩等問題。長時間的大規(guī)模輸電很容易使電網(wǎng)的頻率出現(xiàn)混亂的情況，在某一區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)低頻跳動。對于這種情況，我國東北和華北地區(qū)就時有發(fā)生。傳統(tǒng)的控制方式只能達(dá)到一時避免的效果。而電網(wǎng)分流技術(shù)將直流電進(jìn)行分區(qū)規(guī)劃，在交流電變化時進(jìn)行時間與流程設(shè)定，以異步聯(lián)網(wǎng)方式為主要手段，根除了區(qū)間性低頻事故的發(fā)生[3]。

（二）發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵控制技術(shù)

發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵控制技術(shù)主要是以常規(guī)的電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，以發(fā)電機(jī)的電壓控制為基本手段的主要方式。它是通過電壓的恒常性測試來整合電力系統(tǒng)，以高端值勵磁電壓的穩(wěn)定程度為目標(biāo)的基本方法。具體來說，在電壓的恒常運(yùn)行下，勵磁感應(yīng)系統(tǒng)會根據(jù)頂端電流的輸送進(jìn)行運(yùn)維操作。當(dāng)直流電無法切入到交流電內(nèi)部時，就說明電壓已經(jīng)超過了實(shí)際負(fù)載量，并且出現(xiàn)短路的狀態(tài)。勵磁系統(tǒng)可以深入到高端電壓的頂端，調(diào)節(jié)短路電線的路徑，進(jìn)行重新規(guī)劃等功能。在這段時間內(nèi)，電流以暫穩(wěn)的狀態(tài)呈現(xiàn)，并且將故障危機(jī)徹底擺脫。其次，當(dāng)直流電內(nèi)的電力輸送容量過大，過濾器的作用無效時，勵磁系統(tǒng)可以將二者進(jìn)行并聯(lián)，將無用功的電力剔除。當(dāng)發(fā)生閉路情況時，勵磁系統(tǒng)可以首先封鎖一部分電力，在減磁的基礎(chǔ)上進(jìn)行電力運(yùn)維，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)暫穩(wěn)狀態(tài)[4]。

結(jié)論

綜上所述，本文以交直流電系統(tǒng)的分類作為出發(fā)點(diǎn)，對兩種控制技術(shù)進(jìn)行了分析。說明了交直流電的暫穩(wěn)狀態(tài)能夠使電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，控制技術(shù)的發(fā)展也為我國電力的安全發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

[1]翁華.大規(guī)模交直流系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真和穩(wěn)定控制技術(shù)研究[D].浙江大學(xué),2014.

[2]羅遠(yuǎn)翔.基于能量函數(shù)的含風(fēng)電電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制[D].中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[3]宋曉喆.基于風(fēng)險的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估與協(xié)調(diào)控制問題研究[D].浙江大學(xué),2013.

[4]徐泰山,丁茂生,彭慧敏,鮑顏紅,薛禹勝,耿天翔.交直流電力系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定在線緊急控制策略并行算法[J].電力系統(tǒng)自動化,2015,10:174-180.