基于电网安全策略的稳定控制技术分析

发表时间:2020/6/3   来源:《中国电业》2020年第4期   作者:王冠宇
[导读] 我国的智能电网建设正在不断加快进度,特高压交直流混联电网的建设力度不断加大,

         摘要:我国的智能电网建设正在不断加快进度,特高压交直流混联电网的建设力度不断加大,各种新能源电能所占比重不断提升,逐渐显示出非常明显的电网一体化特征。在这种背景下,电网运行过程中逐渐表现出许多前所未有的新特征。基于此,对于电网的稳定控制更应当得到高度重视,尤其是电网负荷不断加大,电网所受潮流冲击越发严重,在这种情况下,必须要持续加强电网安全稳定控制策略技术。
         关键词:电网;安全稳定控制系统;策略
1电网稳定控制研究现状分析
         在我国,对电网稳定性进行控制的技术关注还算较早,使用的方法大多数是通过断路器或者继电保护器进行稳定性控制。后来有些系统也采用了一些预定的逻辑控制,逻辑控制装置主要是由机电式继电器组成。它比传统的继电保护器更加灵活,能控制更为复杂的系统。从。十世纪八十年代开始,我国研制成了集成电路的紧急控制装置,在八十年代后期,一些科研单位开发微机控制系统。         国外,很多发达国家也在对电网稳定系统进行不断的尝试和研究,如美国、俄罗斯、日本等国家,在这方面都积累了很多经验。日本的电力公司和三菱公司联手研发了TSC集中式的稳定控制系统,日产公司和东北电力共同研制了BSPC稳定控制系统,西关电力开发的BSS装置也是这些较为典型的电网稳定控制系统中的一个。
2电网稳定性失去的原因与危害
2.1 电网失去稳定性的原因
         电力系统稳定性是一个非常复杂的问题,其中既有与机械运动相关的问题,也有与电磁暂态过程相关的问题。一般情况下,基于扰动量的不同,稳定性包括两个不同的方面:(1)静态稳定性;(2)暂态稳定性。电力系统在正常运行状态下,如果出现微小扰动,比如负荷变化、发电机电压偏离,会在一定程度上使得系统与平衡位置发生偏离;但是这种幅度较小的偏离,在调节励磁与原动机的作用下,会慢慢地再次回到平衡位置。然而如果出现的扰动较为剧烈,诸如线路跳闸、元件投切,这种情况下造成的系统偏离幅度较大,所以依靠系统自身能力已经难以恢复平衡,并且还会逐步加大;我们就将这种情况认定为系统失去稳定性。电力系统的稳定性,如果探索其本质原因,可以发现其与功率平衡有密切联系。一旦功率平衡受到破坏,必然会影响到发电机机械运动,并且由此衍生出许多与之相关的电磁振荡。这时候就要依靠负荷控制的作用,确保系统在出现功率缺额状态下,则迅速与负荷断开联系,从而最大程度降低系统失去稳定的可能。
2.2 电网失去稳定的危害
          电力系统的稳定性有着至关重要的意义,一旦稳定性失去,将会从以下方面表现出其危害性。(1)会使得电网系统负荷侧出现低压,进而引起马达运转障碍,带来负荷的严重损失。(2)会对新能源电源造成危害。一旦系统的频率、电源超过了系统设定的限制,会使得与电力系统连接的各种新能源设备断开与电网的连接,造成能源损失甚至引发系统停转。比如对于核电厂来说,一旦频率要求无法满足,则冷却介质泵有很大的概率会脱网断开,进而使得核反应堆停运。(3)系统振荡很容易造成过电压,进而对交流变电设备造成较为严重的损害,特别是绝缘损坏,使其无法运行。(4)电网失去稳定性可能会造成常规发电机组跳闸保护。(5)电网失去稳定性很容易造成特高压直流电网波形畸变,进而引发诸如换相失败、闭锁等故障和问题。


3 技术分析
3.1减小扰动对系统的冲击
         减小扰动对系统产生的冲击主要包括快速切除产生故障以及线路重新合闸措施,这是两种目前用的较多的方式。高压输电线路中,可以通过切除故障来抑制发送电端机到受电端机的不平衡功率的累积,可以提高系统的稳定性。很多电力系统中的故障都是瞬时性的,如打雷、闪电等,可以采用重新合闸的方式让电力系统迅速恢复。
3.2继电保护
         在电力系统中,继电保护是应用非常广泛的一种安全防护措施。当其中出现故障设备,继电保护就能够迅速发挥作用,将故障设备从系统中隔离,避免对系统造成更大的影响。但是,这种将故障排除在外的方法,会对电网结构造成影响,进而使得潮流转移,使得系统中非故障设备表现出不正常的运行状态,在这种作用下故障的影响反而会被放大[4]。所以,使用继电保护装置只能够对电网稳定性做基本的防护。
3.3自动控制装置
         当前在应用中的安全自动控制装置,基于其控制范围可以分为两种类型,一种为站内安全自动控制装置,另一种为区域安全自动控制装置。前者仅仅只是对站内的相关参数展开收集,一旦这些指标符合预先设定的条件,则基于规定原则将相关装置的负荷去除。而后者则同时针对区域内的若干厂站、主站、子站服务;子站的信息被发送至主站,然后在主站对其实施评估和分析,一旦相关指标符合预先设定条件,则基于规定的原则将子站负荷切除。这种控制模式尤其典型的优势,不需要人工介入,所以其可靠性相对较高;但同样也有固有缺陷,就是灵活性较差,难以迅速有效适应电网结构、负荷性质的变化,所以只能在局部电网稳定问题方面提供价值。
3.4 频率与电压紧急控制装置
          我国当前的电力系统中,采用三级调频方法来控制频率。一次调频是由发电机调速器执行的,二次调频是通过调控系统提升功频曲线执行的,三次调频是通过静态稳定平衡来实现的。而系统的电压控制,则是通过发电机励磁调节器、电力系统稳定控制系统(PSS)调节机端电压,抬升功角曲线提高电力系统暂态稳定性来实现的。然而这种常规的调节,仅仅能够对同步振荡的平衡产生效果,并不能够让系统的调频能力真正得到大幅提升。但是就现实情况来说,电网中新能源机组所占比重越来越大,甚至出现了新能源机组装机总量超过一半的情况。与传统的火电机组、水电机组相比,新能源机组在一次调频方面没有发挥相应的作用;再加上新能源机组本身的调频、调压能力相对不足,所以对于系统稳定性有较为严重的影响。而且交流电网振荡,会在一定程度上引发直流换相失败,使得电压有很高的崩溃风险。所以说在当前的特高压交直流电网混联模式下,控制电力系统的频率和电压的难度都进一步提升。
结束语
         尽管针对电网稳定性,可以采取上面的各种技术,然而这些技术都存在着一定程度的不足;所以在实际引用过程中,通过电网调控管理,实施快速负荷控制依然具有重要的意义。我国当前已经基本完成了智能电网调度控制系统,这对于开发智能负荷批量控制功能奠定了良好的基础,所以根本上解决电力系统稳定性的措施应当是基于智能电网调度控制系统,实施智能负荷批量控制策略,这对于保障电网稳定性具有非常重要的价值。
参考文献
[1] 卜广全,赵兵,胡涛,于之虹.大电网安全稳定控制对信息通信技术需求分析研究[J].电力信息与通信技术,2016,14(03):7-12.
[2] 李栋凡.分析电网安全稳定控制系统的功能配置和控制[J].通讯世界,2016(05):148-149.
[3] 皮显松,郑闻成.提升贵州电网安全稳定控制的协调策略研究[J].电气应用,2013,32(09):34-37.
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