电力系统自适应稳定控制装置及其在线实时

2．1　采用分散解耦控制
　　电力系统是一个由许多发电机耦合在一起的大型非线性系统。要解决如此复杂的动态系统的稳定控制问题，只有根据分解协调的关联思想，采用分散解耦控制方法才是解决电力系统紧急控制的理想方式。实测每个电厂在干扰中机械功率与电功率的不平衡差值ΔP（多机组之间的耦合、电网结构的改变、系统运行条件的变化全通过本地测量量反映；ΔP值反映系统的非线性、机组间的关联作用、时变参数的不确定性、负荷动态变化及外部故障严重性的多变性，为解耦以后的状态量），根据ΔP实测值快速、按实时轨迹确定实际注入的暂态能量的大小，算出相对功角可能达到的角度。此时算出的功角预测值远远超前实际功角由于惯性达到的时间，一般最少超前100ms。如果在保护动作时将开关固有跳闸时间（60ms左右）引入的暂态能量预算功角，还可以再超前60ms左右，达到几乎与保护同时出口，可以全部实现实时在线控制，阻止系统失步，将系统损失限制在最小。并且当故障延时切除或发生转换性故障，而计算功角已超过临界值时，可直接发出控制命令，保证在多重事故下也不会失稳。控制命令反映了机组间实际的能量关系。只有进行分解协调使每个电厂稳定，才能达到全系统稳定。使控制装置的输出自动适应运行状态与外部故障状态的变化、实时在线给出相应的控制措施、就地消耗暂态能量的分散解耦控制是电力系统稳定控制装置理想的控制方法。
　　只要双机失稳模式假定合理，上述方法是目前实现在线控制的基本方法，计算结果与短路结束同步完成。分散协调解耦控制使装置结构简单，易于实现，且控制快速、有效。合理的电网结构是电力系统安全稳定的重要物质基础，稳定装置的任务是在电网的发展过程中，保证电网在受到大扰动时能保证系统不失稳。分散解耦控制可使现有电网发挥最大效益。
2．2　实时在线解发电机运动方程，给出暂态稳定性控制量
　　（1）将计算机和人工智能技术结合，预先按各电厂可能涉及的运行方式及可能引起失稳的各种故障，建立对应的无穷大系统，离线仿真求出一系列相应的相对功角临界值，存入计算机中。
　　（2）正常运行时，利用全球定位系统将相应的无穷大系统的基准相角通过低速通道定时送入稳定控制装置所在处。各电厂根据自己的相角和基准相角，可得到本厂相对于参考点的角度δ0，并周期性刷新δ0。
（3）发生故障时，用差分法根据实测ΔP轨迹，解发电机运动方程，计算功角δ的变化。

式中　δ0为故障前最后一次测量本厂的相对起始功角；Δδ为故障时由于输送功率突变引起的功角变化；为故障前后本厂功率的实测值之差。
　　当δ大于临界值时送出控制量，达到实时自适应，完成控制输出。
2．3　在线计算与策略表配合解决电力系统稳定问题
　　在故障切除后网络传输能力变小，电网的输送能力小于电源出力时，必须相应减少电源或负荷，才能维持电力系统的稳定运行。1997年美国西部电网发生两次事故大停电，开始为某线路对树放电，保护动作跳闸后，未作功率平衡处理，听任线路负荷转移，产生连锁反应，继而由线路保护切除多条过负荷线路，最后造成不可收拾的局面。正确处理方法应由稳定装置根据网络结构的变化，在联络线事故跳闸后，直接切除多余的电源或负荷，在线路后备保护动作前消除网络过负荷现象，使电网传输能力与发电能力相符，以保持非故障线路的继续运行，使电力系统损失最小。
　　1999年7月29日发生的台湾大停电，也仅仅是由于一个铁塔倾倒引起负荷转移，造成多条线路过负荷，大量切除输电线路而导致大面积停电。
　　无论美国西部大停电或台湾大停电，只要及时阻止跳闸线路的功率向其他线路转移形成过负荷，就能阻止事故扩大。
　　为了保证电力系统的安全稳定运行，装置可以根据实际情况考虑故障切除后按动态稳定性（策略表法）采取切机、切负荷或按线路热稳定允许时间切除相应的负荷［3］。

3　自适应稳定控制装置的功能、特点和应用效果

3．1　功能和特点
　　（1）采用实时暂态能量在线计算与策略表相配合的方法，使稳定控制装置动作迅速、可靠、定量准确、有效、选择性强。
　　（2）利用本厂参数变化的信息保护本厂，能自动适应电力系统运行工况及不同严重程度的故障，送出最佳控制量。采用就地消耗暂态能量的分散协调解耦控制方法，做到按工况、故障元件自动改变定值，按有效扰动量，在它可能破坏系统稳定时才给出控制量。按实际系统模型离线仿真计算功角临界值，使计算精度提高，在不同的故障情况下按不同的功角临界值出口或不出口。
　　（3）电力系统失稳解列后，由于各小系统中有功、无功分配不均衡，在恢复过程中可能造成频率崩溃或电压崩溃，装置实施有效控制，可以杜绝失步解列现象出现，也就根本解决了大面积停电问题。非故障线路过负荷连续跳闸是由于切除故障元件使网络结构变化造成的，可分动稳定性用策略表或热稳定性按允许过负荷时间予以解决。
　　（4）只要将装置装于每一个需要操作的发电厂（或变电站），对任何网络结构的多机电力系统处于任何运行点和受任何类型的干扰都具有恢复稳定的最佳效果。
　　（5）处理故障信息时，不需要远距离传输信息和交叉反馈；仅在远距离操作电源或负荷时，需通过通道进行。
　　（6）各遭受扰动的电厂（变电站）同时并行处理，可取得最大效果，使电网损失最小。
　　（7）有通道时，调度所可直接改变临界功角的整定值。
　　（8）可以促进电力系统向市场化运作，装置可保证在系统事故时分散吸收暂态能量，即允许各电厂正常时多送电，事故下稳定送电。
　　（9）可以进行系统稳定的在线实时评价。
3．2　应用效果
　　装于江苏500kV任庄变电站的稳定控制装置（任庄变电站是彭城电厂的主要输出通道），自1996年10月投运以来，取得了明显的经济、社会效益。1999年6月18日15：00：04时，500kV任江线江都侧高压电抗器积水，保护只跳开线路一侧，高频信号没送到任庄，但任庄的稳定控制装置检测到500kV任江线无故障跳闸，按模式识别的策略表中的规定，15ms后即发出切彭城一台机组的信号，避免了电磁环网中的220kV线路过负荷，从而避免了一次可能的大面积停电。

4　结论

　　电力系统自适应稳定控制装置是现阶段实现在线实时稳定控制的有效工具，适应任何随机故障，具有快速、准确、可靠、选择性强、经济的特点，可在需要紧急控制的电厂或变电所普遍装设，以阻止电力系统出现灾变性事故。
　　由于装置可确保电力系统不失稳，则可进一步发挥输电系统的潜力，线路的输送功率有望逐渐接近其极限能力。

参考文献：
［1］　万秋兰，单渊达．对应用直接法分析电力系统暂态稳定性的再认识［J］．电力系统自动化，1998，22（9）：13－15．
［2］　万秋兰，单渊达．局部能量函数法及其在电力系统暂态安全分析中的应用［J］．江苏电机工程，1991，10（2）：6－12．
［3］　朱琪，汪明，袁彦，等．电力系统自适应稳定控制装置［J］．电网技术，1998，22（6）：29－33．

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