電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制

國網(wǎng)湖北省電力有限公司鄂州供電公司 王麗娜

隨著電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中的大量應(yīng)用，原有的緊急控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行參數(shù)靈敏度較低，而且往往會(huì)受到場景的誘因失效，導(dǎo)致系統(tǒng)中發(fā)生低頻振蕩，為維持電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制的概念，根據(jù)對緊急控制系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行深入的分析研究，提出基于切機(jī)和切負(fù)荷為運(yùn)行方式的小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過模擬電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在線生成控制決策來有效解決電力系統(tǒng)振蕩問題，通過模擬大規(guī)模電力調(diào)度系統(tǒng)中出現(xiàn)低阻尼模態(tài)振動(dòng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)可通過對控制決策進(jìn)行量化后減少系統(tǒng)阻尼，有效地抑制了系統(tǒng)振蕩模態(tài)。

0 引言

目前大部分工作人員憑借以往抑制區(qū)域振蕩的經(jīng)驗(yàn)和對緊急控制系統(tǒng)的了解，通常選用機(jī)組減出力和減負(fù)荷抑制系統(tǒng)振蕩。然而隨著大規(guī)模電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的建成，電力系統(tǒng)的復(fù)雜程度不斷增加發(fā)生系統(tǒng)震蕩的可能性也越來越大，僅憑借工作人員以往的工作經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在大規(guī)模電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展要求，因此提出了基于切機(jī)和切負(fù)荷為運(yùn)行方式的小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過模擬電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在線生成控制決策來有效解決電力系統(tǒng)振蕩問題，對系統(tǒng)進(jìn)行低阻尼模態(tài)振動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)仿真結(jié)果，該系統(tǒng)可通過對控制決策進(jìn)行量化后減少系統(tǒng)阻尼，有效地抑制了系統(tǒng)振蕩模態(tài)。

1 電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定分析

隨著電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是在大規(guī)模高壓電能的長距離輸送工程的實(shí)施中，大區(qū)域的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問題限制大型電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的輸送能力和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。為避免電力調(diào)度過程中出現(xiàn)的系統(tǒng)振蕩問題，以往一般運(yùn)用的緊急控制系統(tǒng)例如利用安裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來對系統(tǒng)產(chǎn)生的振蕩進(jìn)行有效的抑制。但緊急控制系統(tǒng)在某些場景下往往會(huì)受到場景的誘因失去效能，而且運(yùn)行參數(shù)靈敏度較低，不能有效的對區(qū)域振蕩進(jìn)行預(yù)防控制，在系統(tǒng)發(fā)生區(qū)域振蕩時(shí)，工作人員通常采用緊急控制系統(tǒng)來降低系統(tǒng)的低頻振蕩[1]。因此，在進(jìn)行電力調(diào)度時(shí)會(huì)遭受到很多小的干擾，這些小干擾與大干擾的差別在于不會(huì)引起系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的變化。電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定分析有利于提高電力調(diào)度系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，對電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行的小干擾穩(wěn)定分析來判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。傳統(tǒng)的緊急控制與小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)在作用上大同小異，對兩者進(jìn)行對比，對比結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制是通過先檢測到系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩后傳遞的反饋來抑制低頻振蕩，而傳統(tǒng)的緊急控制系統(tǒng)在進(jìn)行低頻振蕩抑制時(shí)會(huì)因?yàn)椴淮_定因素導(dǎo)致發(fā)生過控和欠控的現(xiàn)象[2]。小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)對比于復(fù)雜多變的緊急控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定單一，通過對小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的模態(tài)阻尼和運(yùn)行方式進(jìn)行量化處理來實(shí)現(xiàn)[3]。

表1 緊急控制與小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制對比

2 小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過上面對小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的分析得知，工作人員通過小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制的反饋控制發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)是否發(fā)生低頻振蕩，工作人員通過判斷電力調(diào)度系統(tǒng)為低阻尼模態(tài)振動(dòng)后將指令發(fā)送到電廠，再由發(fā)電廠采取相應(yīng)的控制措施來抑制系統(tǒng)震蕩，小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)因沒有專門的小干擾控制的自動(dòng)裝置，因此對比于傳統(tǒng)的緊急控制系統(tǒng)流程簡單、便于控制，該系統(tǒng)主要起到幫助工作人員實(shí)時(shí)提供系統(tǒng)信息和輔助控制策略的作用。

在小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是否發(fā)生振蕩過程中，一旦檢測到系統(tǒng)發(fā)生振蕩，小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)將系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行情況通過反饋來對在線控制決策進(jìn)行快速量化處理。小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制是通過快速生成控制措施并及時(shí)對系統(tǒng)工作情況進(jìn)行有效修正來減少系統(tǒng)振蕩。而系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的靈敏度對快速生成控制決策以及迅速量化處理的基礎(chǔ)。因此在當(dāng)前電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了更急簡便的計(jì)算方法，通過對系統(tǒng)采用線性化處理即可計(jì)算得到當(dāng)前系統(tǒng)的靈敏度，計(jì)算過程簡便、工作量小。

3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

以國內(nèi)某大規(guī)模電網(wǎng)電力調(diào)度系統(tǒng)為例，說明小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的具體工作流程。該電網(wǎng)包括A、B、C、D四省。通過對四省的電網(wǎng)區(qū)域振蕩模態(tài)進(jìn)行分析和研究。

A城與C城隨著PSS的增強(qiáng)聯(lián)系逐漸加強(qiáng)。因此A城的系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)可以得到有效抑制，由于C和E是雙回輸電通道，發(fā)生低頻振蕩的可能性很高需要加強(qiáng)檢測。

除此之外，D與F城同樣也采用雙回路連接的方式，而E城和D城通過單回路進(jìn)行系統(tǒng)震蕩檢測容易造成該線路過載損壞，現(xiàn)對D城和F城進(jìn)行雙回輸電線路振蕩仿真模擬實(shí)驗(yàn)，假設(shè)D城和F城的單回路在 1s（50周期）發(fā)生區(qū)域低阻尼振蕩故障，系統(tǒng)在進(jìn)行故障清除后仍保持系統(tǒng)穩(wěn)定，但是會(huì)產(chǎn)生出低阻尼振動(dòng)模態(tài)，因此小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制流程中對出現(xiàn)的低阻尼振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行檢測。得到的系統(tǒng)振動(dòng)仿真曲線如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)振動(dòng)仿真曲線

根據(jù)上圖1的仿真曲線，對初始周期即300時(shí)對得到的振蕩仿真曲線進(jìn)行Prony 分析，根據(jù)判斷振動(dòng)是否為第阻尼振動(dòng)進(jìn)行控制決策，得到小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制與緊急控制的低阻尼振動(dòng)模態(tài)的反映靈敏度結(jié)果，如下表2所示。

表2 振動(dòng)模態(tài)的運(yùn)行靈敏度

從表2中可以看出，例如A城的靈敏度為正值的0.2368，表示A城減小了振動(dòng)模態(tài)的實(shí)部增大了振動(dòng)模態(tài)的阻尼。而C城所在的電廠的靈敏度為-0.0125，靈敏度為負(fù)值系統(tǒng)的振蕩阻尼隨著C城電廠輸出的加大而加大。

通過對比小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制與緊急控制的低阻尼振動(dòng)模態(tài)的反映靈敏度結(jié)果，可以看出，小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制可以有效地提高運(yùn)行靈敏度和抑制系統(tǒng)振蕩。

4 結(jié)束語

隨著電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中的大量應(yīng)用，大規(guī)模電力調(diào)度的穩(wěn)定性表現(xiàn)為低阻尼的振蕩穩(wěn)定，原有的緊急控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行參數(shù)靈敏度較低，而且往往會(huì)受到場景的誘因失效，提出在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)通過小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制實(shí)現(xiàn)以最小的負(fù)荷損失來抑制區(qū)域振蕩。小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制通過對控制策略進(jìn)行量化處理，通過模擬大規(guī)模電力調(diào)度系統(tǒng)中出現(xiàn)低阻尼模態(tài)振動(dòng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明小干擾穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制對比與傳統(tǒng)的緊急控制可以給工作人員人員提供最優(yōu)的輔助控制措施的同時(shí)也可以有效的提高了系統(tǒng)工作過程中的靈敏度。