电力调度自动化系统中小干扰稳定实时控制

国网湖北省电力有限公司鄂州供电公司 王丽娜

随着电力调度自动化系统在生产生活中的大量应用，原有的紧急控制系统在运行时的运行参数灵敏度较低，而且往往会受到场景的诱因失效，导致系统中发生低频振荡，为维持电力调度自动化系统的稳定性提出了小干扰稳定实时控制的概念，根据对紧急控制系统存在的问题进行深入的分析研究，提出基于切机和切负荷为运行方式的小干扰稳定实时控制系统，该系统通过模拟电力调度自动化系统在线生成控制决策来有效解决电力系统振荡问题，通过模拟大规模电力调度系统中出现低阻尼模态振动进行仿真实验，该系统可通过对控制决策进行量化后减少系统阻尼，有效地抑制了系统振荡模态。

0 引言

目前大部分工作人员凭借以往抑制区域振荡的经验和对紧急控制系统的了解，通常选用机组减出力和减负荷抑制系统振荡。然而随着大规模电力调度自动化系统的建成，电力系统的复杂程度不断增加发生系统震荡的可能性也越来越大，仅凭借工作人员以往的工作经验已经不能满足现在大规模电力调度自动化系统的发展要求，因此提出了基于切机和切负荷为运行方式的小干扰稳定实时控制系统，该系统通过模拟电力调度自动化系统在线生成控制决策来有效解决电力系统振荡问题，对系统进行低阻尼模态振动仿真实验，根据仿真结果，该系统可通过对控制决策进行量化后减少系统阻尼，有效地抑制了系统振荡模态。

1 电力系统小干扰稳定分析

随着电力调度自动化系统的发展，尤其是在大规模高压电能的长距离输送工程的实施中，大区域的电力调度自动化系统的动态稳定性问题限制大型电力调度自动化系统的输送能力和整个系统的运行稳定性。为避免电力调度过程中出现的系统振荡问题，以往一般运用的紧急控制系统例如利用安装电力系统稳定器来对系统产生的振荡进行有效的抑制。但紧急控制系统在某些场景下往往会受到场景的诱因失去效能，而且运行参数灵敏度较低，不能有效的对区域振荡进行预防控制，在系统发生区域振荡时，工作人员通常采用紧急控制系统来降低系统的低频振荡[1]。因此，在进行电力调度时会遭受到很多小的干扰，这些小干扰与大干扰的差别在于不会引起系统自身结构的变化。电力调度自动化系统小干扰稳定分析有利于提高电力调度系统的稳定性。因此，对电力调度自动化系统进行的小干扰稳定分析来判断系统是否稳定。传统的紧急控制与小干扰稳定实时控制系统在作用上大同小异，对两者进行对比，对比结果如表1所示。

从表1中可以看出，小干扰稳定实时控制是通过先检测到系统发生低频振荡后传递的反馈来抑制低频振荡，而传统的紧急控制系统在进行低频振荡抑制时会因为不确定因素导致发生过控和欠控的现象[2]。小干扰稳定实时控制系统对比于复杂多变的紧急控制系统更加稳定单一，通过对小干扰稳定实时控制系统的模态阻尼和运行方式进行量化处理来实现[3]。

表1 紧急控制与小干扰稳定实时控制对比

2 小干扰稳定实时控制系统结构设计

通过上面对小干扰稳定实时控制系统的分析得知，工作人员通过小干扰稳定实时控制的反馈控制发现系统是否发生低频振荡，工作人员通过判断电力调度系统为低阻尼模态振动后将指令发送到电厂，再由发电厂采取相应的控制措施来抑制系统震荡，小干扰稳定实时控制系统因没有专门的小干扰控制的自动装置，因此对比于传统的紧急控制系统流程简单、便于控制，该系统主要起到帮助工作人员实时提供系统信息和辅助控制策略的作用。

在小干扰稳定实时控制实时监控系统是否发生振荡过程中，一旦检测到系统发生振荡，小干扰稳定实时控制系统将系统当前的运行情况通过反馈来对在线控制决策进行快速量化处理。小干扰稳定实时控制是通过快速生成控制措施并及时对系统工作情况进行有效修正来减少系统振荡。而系统运行参数的灵敏度对快速生成控制决策以及迅速量化处理的基础。因此在当前电力系统的基础上推导了更急简便的计算方法，通过对系统采用线性化处理即可计算得到当前系统的灵敏度，计算过程简便、工作量小。

3 仿真实验及结果分析

以国内某大规模电网电力调度系统为例，说明小干扰稳定实时控制系统的具体工作流程。该电网包括A、B、C、D四省。通过对四省的电网区域振荡模态进行分析和研究。

A城与C城随着PSS的增强联系逐渐加强。因此A城的系统振动模态可以得到有效抑制，由于C和E是双回输电通道，发生低频振荡的可能性很高需要加强检测。

除此之外，D与F城同样也采用双回路连接的方式，而E城和D城通过单回路进行系统震荡检测容易造成该线路过载损坏，现对D城和F城进行双回输电线路振荡仿真模拟实验，假设D城和F城的单回路在 1s（50周期）发生区域低阻尼振荡故障，系统在进行故障清除后仍保持系统稳定，但是会产生出低阻尼振动模态，因此小干扰稳定实时控制流程中对出现的低阻尼振动模态进行检测。得到的系统振动仿真曲线如图1所示。

图1 系统振动仿真曲线

根据上图1的仿真曲线，对初始周期即300时对得到的振荡仿真曲线进行Prony 分析，根据判断振动是否为第阻尼振动进行控制决策，得到小干扰稳定实时控制与紧急控制的低阻尼振动模态的反映灵敏度结果，如下表2所示。

表2 振动模态的运行灵敏度

从表2中可以看出，例如A城的灵敏度为正值的0.2368，表示A城减小了振动模态的实部增大了振动模态的阻尼。而C城所在的电厂的灵敏度为-0.0125，灵敏度为负值系统的振荡阻尼随着C城电厂输出的加大而加大。

通过对比小干扰稳定实时控制与紧急控制的低阻尼振动模态的反映灵敏度结果，可以看出，小干扰稳定实时控制可以有效地提高运行灵敏度和抑制系统振荡。

4 结束语

随着电力调度自动化系统在生产生活中的大量应用，大规模电力调度的稳定性表现为低阻尼的振荡稳定，原有的紧急控制系统在运行时的运行参数灵敏度较低，而且往往会受到场景的诱因失效，提出在系统发生振荡时通过小干扰稳定实时控制实现以最小的负荷损失来抑制区域振荡。小干扰稳定实时控制通过对控制策略进行量化处理，通过模拟大规模电力调度系统中出现低阻尼模态振动进行仿真实验，结果表明小干扰稳定实时控制对比与传统的紧急控制可以给工作人员人员提供最优的辅助控制措施的同时也可以有效的提高了系统工作过程中的灵敏度。