基于线性自抗扰的电力系统暂态电压平衡控制方法

国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 陆 静 郑 蓉

随着电网建设的不断完善，与工业相关的市场用电需求程度也愈发显著。结合对电力区域的划分，市场已成功将我国用电电网规划成多个分区，在不同电网分区内，高电压、大容量电网建设逐渐形成电网建设的常态化趋势，此种趋势也在一定程度标志着我国电力产业的发展正逐步迈向一个新的阶段。与此同时电力产业发展速度过快，也在一定程度上暴露了传统电力技术的不完善问题。

总之，在现代化电力产业的建设与发展中，电力系统的运行仍存在显著性市场风险，不仅电网安全受到了一定程度危害，同时配电网复杂多变的环境也对电网运行产生一定负担。因此，如何保障电力系统在排除外界干扰的条件下做到可持续稳定运行，已成为我国社会亟需解决的问题。电力企业在针对此方面开展研究的过程中发现，电力系统的运行长期受电压波动的影响，即电压呈现严重闪变、存在干扰负荷等问题，这些问题不仅影响到电网的安全运行，甚至也在一定程度上对电网单位工作与后期运维人员的生命安全带来了隐患。

1 基于线性自抗扰的电力系统暂态电压平衡控制方法

1.1 电力系统暂态信号采集与处理

在对电力系统暂态电压的平衡状态进行控制时，需首先对电力系统的暂态信号进行采集和处理。传统信号采集的方式在实际应用过程中存在两方面的不足：一是在电力系统暂态电压检测过程中频带较宽时，需划分大量的子带，因此会造成暂态信号通道不匹配的问题，并最终控制成本会超出电力企业的可承受范围；二是传统暂态信号采集的方式使得控制方法在一定程度上出现局限性，实用性差[1]。因此，针对传统采集方法存在的上述两个问题，在众多信号采集方法中选择基于小波的采集方式，对电力系统产生的暂态信号进行采集，并对连续性的暂态信号进行离散化处理。将连续暂态信号采样成离散信号，再经过量化、编码等处理组成数字信号（图1）。

图1 电力系统暂态信号采集与处理流程示意图

在对电力系统暂态信号进行处理时，利用小波滤波器将暂态信号连续降半分割到相应的层上。本质上小波滤波器就是一个半带滤波器，根据电力系统在运行过程中产生的电流大小，判断暂态信号传输的距离并对该信号进行D/A转换，得到的电力系统暂态信号可为后续平衡控制策略的实施提供条件。

1.2 基于线性自抗扰的暂态电压分区平衡控制策略

在电力系统运行过程中对配电网区域进行划分，并引入本文上述完成采集和处理的暂态信号，以其作为基础实现对各个区域中电力系统的协调和控制。结合线性自抗扰环流抑制器，当电力系统运行过程中电压超过警戒值时，则优先进行区域内部的就地预防控制；若电力系统运行过程中电压偏差继续增加出现越限问题时，则再进行多个区域之间的协调控制。

当电力系统运行线路的节点电压超出警戒值时，线性自抗扰环流抑制器应当转变为区域内就地预防治模块，通过就地无功补偿的方式预防暂态电压超出警戒值的问题产生[2]。当暂态电压已出现超越上警戒值时，则区域内的线性自抗扰环流抑制器需要令控制器数值逐渐增加。当暂态电压已出现超过下警戒值时，则区域内的分布式光伏电源的输出容性会表现出无功增加。当电力系统运行过程中某一条线路上的节点暂态电压出现越限问题时，由于区域内就地预防控制作用，该区域内的线性自抗扰环流抑制器的务工容量会逐渐消耗殆尽。同时，当电力系统运行时，下游区域的光伏无功补偿对于电压的越限节点电压的影响会更大[3]。因此在对暂态电压越限节点进行调节时，其调节参数应充分考虑到下游区域控制模块发出的无功补偿请求信号中的相应参数变化情况。若在这样的条件下，暂态电压的越限问题仍然无法得到解决，则还应当向上游区域控制模块发送相应的无功补偿信号。

2 对比实验

为进一步对本文提出的控制方法在实际应用中能否为电力系统暂态电压平衡状态提供保障进行研究，本文设置如下对比实验：实验在Matlab当中计入当前电力企业中常见的配电网网架结构，并连入两组相同规格的电力系统，分别让两组电力系统同时运行，其中一组当中引入本文提出的控制方法，另一组中引入传统控制方法。假设在两组电力系统中包括三个不同等级的配电网，分别为高压等级、中压等级和低压等级。其中高压等级为55kV～110kV、中压等级为15kV～20kV、低压等级为220V。分别对三种不同电压等级进行编号为I、II和III。为方便实验在配电网中均采用相对称的恒定率负荷。在配电网当中引入多个故障节点，并在渗透率保持不变的情况下对电力系统进行控制，得出多个故障点的暂态电压并将结果进行记录（表1）。

表1 两种控制方法实验结果对比表

在相同渗透率的条件下，本文控制方法的中暂态电压均能控制在0.170kV和0.290kV以下，而传统控制方法的暂态电压均超过了3.000kV。暂态电压在不同渗透率下，数值越低则说明电力系统暂态电压越平衡。通过对比实验证明，本文提出的基于线性自抗扰的电力系统暂态电压平衡控制方法在实际应用中具有更明显的控制效果，能实现配电网中电力系统的稳定运行。

3 结语

为更好地解决电力系统在运行中存在的电压平衡控制效果差的问题，本文结合线性自抗扰，通过获取、处理运行信号等方式，实现对电力系统暂态电压的平衡控制。在此基础上，采用将本文控制方法与传统控制方法进行对比的方式，得出本文控制方法在实际应用中对于电压控制效果更为显著的结论。综合市场有关单位对此方面的研究，本文设计的控制方法更加适应用于现代化电力系统，为此可在后期的相关研究中尝试将此方法投入市场，以解决部分电力产业在市场运行中的电压不稳定缺陷。