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浅析电力系统稳定控制

作者: 发布时间:2020-01-22 13:03:24 阅读: 49 次

摘要:现代科技的飞速发展,对于电力系统的稳定性研究问题也越来越重要,本文就结合如何实现电力系统的稳定性控制,对电力系统稳定控制的含义以及它的分类组成做了简要的介绍,同时还对如何提高电力系统稳定性的控制方法进行了详细的说明,并结合实际情况,提出了集中管理、分区控制的控制模式。

电力工业是关系到我国国民经济发展以及国计民生的一个重要的支柱经济,因此,对于电力工作者来说,采取哪些方法来保证电力系统的稳定和高效的运行,最终能够为用户提供可靠的电力供应是现在需要研究的一个重要问题。现在电力系统安全性能和经济性能之间的矛盾也随着电力系统的发展不断的加剧。

现在的电力系统行业具有以下的特点:电厂的装机容量逐渐增大,导致系统的容量也在逐渐的增加,电力系统的输电的电压等级也在随着技术的发展在逐步的提高;高压输电技术基本成熟,灵活交流输电技术(FACTSFlexible AC Transmission Systems)的应用使得电力系统的复杂性逐渐的增加;出现了跨区域和跨国的电力互联网,并且这种现象也越来越普遍,成为日后电力系统发展的必然趋势;在电力系统市场化运行的过程中,产生了很多不稳定因素,造成电力系统不稳定现象经常的发生。因此,我们需要采用非常切实有效的手段,保证对电力系统的安全、稳定和经济的运行。

1、电力系统稳定的含义以及组成分类

对于电力系统稳定的概念,各个有不同的见解和认识,现在普遍的定义是:电力系统稳定性是指在给定的初始运行方式下一个电力系统受到物理扰动后仍能够重新获得运行平衡点且在该平衡点大部分系统状态量都未越限从而保持系统完整性的能力。

对于电力系统的稳定分类也主要包括公角稳定、电压稳定和频率稳定3大类及其众多的子类。

1)公角稳定

公角稳定是指在电力系统的互联系统之中,当发电系统的同步发电机受到扰动之后,就会丧失保持同步运行的能力。因此当系统受到扰动后,就会使得线路上的输送功率超过它的极限,当送端发电机与系统失去同步的现象出现的时候,就会造成发电机与系统解列甚至严重到系统瓦解。

2)电压稳定

电压稳定性的含义是指在给定的初始运行状态的时候,当电力系统遭受扰动以后,系统中所有母线的维持稳定电压的能力,就依赖于负荷需求和系统向负荷供电之间维持平衡的能力。

3)频率稳定

频率稳定是指,当电力系统出现严重的扰动之后,系统的发电和负荷需求之间就会出现供需不平衡的现象,但是此时电力系统仍能保持稳定频率的能力。

2、实现电力系统稳定控制手段

21基于线性模型的研究方法

这种控制方法是电力系统稳定控制中常用的方法,这种方法需要首先对电力系统模型进行线性化的处理,建立电力系统的线性模型。电力系统的线性模型是指将非线性的电力系统模型在某一个点处采用数学方法进行泰勒展开,这样在系统的局部就会产生线性近似化的结果。当电力系统的线性化模型出现的时候,可以应用很多成熟的线性系统理论,对电力系统进行分析,一些常用的线性系统分析方法,如线性更优、极点配置、变结构方法、线性二次高斯方法,线性H无穷控制等方法。

这些方法的应用是在某一个点处近似线性化模型作为设计依据。虽然这种电力系统线性控制方法能够大大的改善电力系统稳定性,但是对于系统的暂态稳定性却没有很大的影响。当电力系统出现很大的干扰源的时候,系统就会从实际的运行点偏离设计所的平衡点,如果系统出现较大幅值的震荡的时候,相应的控制效果也会随之减弱减弱。

22采用非线性控制理论控制稳定性

近些年,数学界对于电力系统的非线性理论的研究有了长足的发展,现在应用到电力系统之中的非线性控制方法有以下几种:

1)利亚普诺夫(Lyapunov)直接法

利亚普诺夫(Lyapunov)直接法建立在原有非线性系统之上,并且具有非常严格的数学理论基础以及清晰的物理意义。但是这种方法并没有提供方法如何构造出相应的利亚普诺夫(Lyapunov)函数,而且对于一般的系统中可能存在着很多个利亚普诺夫(Lyapunov)函数,因此这种方法应用的一个重要的难点就是如何构造系统相应的利亚普诺夫(Lyapunov)函数,对于这种方法的应用是经常和其他的一些控制方法结合起来进行设计相应的系统控制器。

2)映射线性化方法

现在的电力系统的应用元件和模型都是非线性的,如果采用一种方法,把这种非线性的模型转换成相应的线性化模型,然后就可以把这种非线性的系统模型采用线性系统方法进行分析,这种方法就叫做映射线性化方法。这种方法主要包括以下几种:

采用微分几何理论的线性化方法:这种方法是非线性系统映射线性化方法应用的一个重要方法,因为微分几何线性化方法的理论基础非常坚实,保证了它在系统应用的过程中的理论知识丰富,但是它也具有自身的缺陷 ,例如要求系统的模型非常 ,同时这种方法不具备对模型和参数不确定的鲁棒性数学推导和相应的控制规律非常复杂等特点。因为电力系统中非线性程度比较强,这种原因导致了经常使用微分几何的方法进行控制,这种方法克服了传统的局部线性化方法因为大干扰情况下不适用的情况,对于大范围的微分几何控制方法就克服了这种大干扰的情况,使控制器几乎对所有系统的运行点都起作用。

直接反馈线性化方法:直接反馈线性化方法并不局限于仿射非线性系统,这种线性化方法的意义明显,同时对于这种方法的推导的数学过程非常简单便于掌握,有利于在实际工程应用。现在这种方法,广泛的应用在发电机励磁控制汽门开度控制之中、 静止无功补偿器新型静止无功发生器、电力系统稳定器交直流联合输电系统的非线性控制等方面 。但是直接反馈线性化方法的求解过程中并没有给出函数方程求逆的一般方法,因此在处理具有多个输入,多个输出的复杂系统中比较困难困难。

逆系统方法:逆系统方法并不仅仅局限于仿射非线性系统中,这种方法意义简明,并且便于使用者的掌握和应用。但是这种方法有一个非常重要的前提,就是对被控系统的模型要求非常,同时还需要求出逆系统的准确的解析表达式,因而在非线性程度非常强的电力系统中的应用受到了很大限制。在实际的应用中对于神经网络具有不依赖于模型的特点,常常将它和逆系统方法结合起来,就能够取得很好的控制效果。

23变结构控制

变结构控制的优点在于使用这种方法的时候不需要系统的模型,相比于其它非线性控制方法,这种控制方法的控制规律更容易实现,并且这种方法对模型参数的变化和外部扰动具有较强的健壮性;其缺点是这种控制规律因高速切换而存在高频抖动。针对电力系统的变结构控制,我们常常一般先把原来的系统进行线性化,然后利用线性系统的变结构控制理论进行设计。

总之对于电力系统稳定控制而言,有很多方法可以与传统的方法区分开来,但是对于其中的一些新颖的方法,都有自己的优点和缺点,需要使用者在使用的时候能够加以区分。

参考文献:

[1]兰洲,倪以信,张德强.现代电力系统暂态稳定控制研究综述[Jl.电网技术,2011,29(15):41-50.

[2] 孙淑信. 变电站微机检测与控制[M]. 北京: 水利电力出版社, 2009

[3] 陈德树. 计算机继电保护原理与技术[M]. 北京: 水利电力出版社, 2011