电力系统稳定控制方式研究电气工程专业.doc

电力系统稳定控制方式研究 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，本文从电力系统稳定的定义及分类、稳定控制系统的基本模式以及实现电力系统稳定控制手段三方面进行研究。 关键词：电力系统; 稳定; 控制模式 十一五期间，我国以新增4.3亿千瓦的电力装机跃居世界第一的电网规模，展示了我国电力系统是如何成为国民经济发展的引擎。在现代化的运输体系中，我国电网企业在物联网中率先起步，以特高压长距离输送能源的方式，实现了整体运输效能的最优组合，创造了最大的综合效益。在特高压领域，我国电网企业已经成为世界电网企业的领跑者；在开发具有信息化、自动化和灵活特性的智能电网方面，我国电网企业或将成为世界标准的制定者；由此可见，无论是“十二五”的投资规模还是科技水平，我国电网以其巨大规模正在实现弯道超车。本文重点就电力系统安全稳定控制进行了探讨。 1电力系统稳定的定义及分类 IEEE/CIGRE稳定定义联合工作组于2004年给出了新的电力系统稳定定义和分类报告。报告中这样定义：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。 IEEE/CIGRE稳定定义联合工作组将电力系统稳定分为功角稳定、电压稳定和频率稳定3大类及其众多的子类。 1）功角稳定 功角稳定是指互联系统中的同步发电机受到扰动后保持同步运行的能力。系统受到扰动后，可能使线路上的输送功率超过它的极限，送端发电机与系统失去同步，造成发电机与系统解列或系统瓦解。 2）电压稳定 IEEE/CIGRE稳定定义联合工作组于2004年给出了新的电压稳定性的定义：在给定的初始运行状态下，电力系统遭受扰动后系统中所有母线维持稳定电压的能力，它依赖于负荷需求与系统向负荷供电之间维持平衡的能力。 3）频率稳定 频率稳定是指电力系统受到严重扰动后，发电和负荷需求出现大的不平衡，系统仍能保持稳定频率的能力。 2　稳定控制系统的基本模式 稳定控制系统按其信息采集、传递和控制决策方式的不同主要有以下几种控制模式。 a.就地控制模式。简单的联切、遥切方式,就地型稳定控制装置单独安装在各个厂站,相互之间不交换信息,只能根据就地信息进行判别和切换,解决本厂站母线、主变或出线故障时出现的问题。我国早期使用的稳定控制装置一般为分散就地设置的简单装置。这些装置在提高电网输送能力、保证系统稳定及防止事故扩大等方面发挥了重要作用,并取得了很好的经济效益和社会效益。 b.集中控制模式。控制系统拥有独立的通讯系统和数据采集系统,控制中心设在调度中心,实时检测系统的运行状态,并根据系统的状态改变故障情况、制定控制策略表并发出控制命令,实施全系统的稳定控制。其特点是需要大量的系统信息,在全面掌握系统运行情况的基础上进行实时控制,但这种模式硬件投资大,控制策略表比较难确定,对远距离通讯的可靠性、快速性要求很高。 c.区域控制模式。区域型稳定控制是为解决一个区域电网的稳定问题而安装在2个以上厂站的稳定控制装置,经通道和通讯接口设备联系在一起组成稳定控制系统,站间相互交换运行信息、传送控制命令,在较大范围内实现稳定控制。区域稳定控制按决策方式可分为分散决策与集中决策两种方式。区域稳定控制系统一般设1个主站、几个子站。主站负责汇总各站运行工况信息,识别区域电网的运行方式,并将有关运行方式的信息传送到各个子站。图1给出了稳定控制的分类示意图。 图1　稳定控制分类示意图 区域控制模式的特点是所需信息量少,控制相对简单,但安全稳定控制系统只能根据采集到的本区域信息和离线计算分析所制定的策略进行分析判断,只能在一定方式下保证系统的安全稳定性。当系统运行变化较大时,需现场人为干预,修改定值。 3实现电力系统稳定控制手段 2.1 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，如线性最优、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。 2.2 采用非线性控制理论控制稳定性 2.2.1 利亚普诺夫（Lyapunov） 直接法 利亚普诺夫（Lyapunov） 直接法，这种方法是建立在原有非线性系统之上，同时还具有非常严格的数学理论基础并且具有很清晰的物理意义。但是这种方法有一个缺点就是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。 2.2.2 映射线性化方法 对现有的电力系统所使用的元件进行数学模型的建立，发现他们的模型都是非线性的，如果现在有一种方法，可以把这种非线性的模型进行相应的转换，最终转换成线性模型，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，比如说要求系统的模型非常精确，与此同时这种方法并没有对模型和参数不确定的鲁棒性进行数学推导和相应的控制规律非常复杂等特点。而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。 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，就是对被控系统的数学模型要求非常精确，因为被控系统有准确而且清晰的解析表达式，这样就在非线性程度非常大的电力系统中应用这种方法有了很大的局限性。现在的神经网络方法对系统的模型不需要，因此在实际的应用过程中经常把这种方法和神经网络技术相结合起来，从而就能够取得很好的控制效果。 结语 电力系统是一个高维数、多目标、关联性和分散性的大系统 ，必须对电力系统内部结构以及研究对象有了深刻的了解 ，才能熟练运用各种控制方法使所设计的控制器更可靠、更合理。