光伏电站中安稳系统性能评估与应用

2024-03-08大同熊猫光伏发电有限公司李小琴

电力设备管理 2024年2期

大同熊猫光伏发电有限公司李小琴

1 光伏电站中安稳装置的重要性

1.1 提高电力系统的控制性能

在电力系统中，电站中安稳装置的运用是提高电力系统的控制性能的关键。安稳装置不仅可以提高电力系统的抗扰能力和稳定极限，还可以加快电力系统的动态响应速度并改善系统的阻尼特性，从而提高电力系统的控制精度和控制性能。在电力系统运行的稳态、稳定过程中，安稳控制器可以对电力系统的暂态过程进行明确的监测和合理的控制，以保证电力系统正常运行，安稳装置主要功能分解与数据流如图1所示。

图1 安稳装置主要功能分解与数据流图

1.2 增强电力系统的自适应能力

随着电力系统规模的不断扩大和复杂性的不断增加，电力系统受到外部因素的干扰和内部因素的影响的可能性也不断增大。安稳装置能够自适应地调整控制策略和参数，以应对不同的系统运行状态和变化条件，增强了系统的自适应能力，有助于提高系统运行的稳定性[1]。

2 安稳装置的性能评估方法

2.1 暂态稳定性分析

暂态稳定性分析是一种用来解决电力系统发生突发故障或大规模变化时系统暂态稳定的分析方法。在电站中，安稳装置的暂态稳定性分析主要集中在以下几个方面。第一，评估安稳装置的控制响应能力。在电力系统暂态过程，出现故障或负荷突变等情况时，安稳装置需要能够及时地响应并实现控制。通过对电力系统暂态过程的模拟和分析，可以评估安稳装置的控制响应能力。第二，在暂态稳定性分析中，需要对电力系统进行稳定边界分析。电力系统在暂态过程中，其稳定边界会出现变化，通过模拟分析和计算，可以得出系统在不同工作状态下的稳定边界。通过对安稳装置在各个工作状态下的控制效果进行分析和评估，可以进一步确定安稳装置的控制能力和效果。第三，暂态稳定性分析还需要考虑到电力系统的可靠性和安全性。因此，在进行暂态稳定性分析时，需要考虑到各种不确定因素、故障情况和负荷变化等，以确保安稳装置能够在面对各种情况下保持系统的稳定和安全。

2.2 平稳状态稳定性分析

在电力系统中，电站中安稳装置的存在可以有效解决电力线路过载、短路、故障等问题，更好地保护电力设备的安全稳定运行。对电站中安稳装置进行平稳状态稳定性分析，需要考虑各种外界扰动和系统内部动态响应，以此来评估电站中安稳装置的稳定性和调节能力[2]。针对电站中安稳装置所需的稳定性指标，如机组频率、电压稳定性等，进行模型建立和参数估计，调整控制参数，提高电站中安稳装置的性能指标。在电力系统中，需要对电站中安稳装置进行统计分析和数值计算，以此来评估其稳定性和调节能力。通过建立现代电力系统数字模型，对电力系统进行模拟实验，验证电站中安稳装置的稳定性性能，在各种电力系统工况下评估其性能优劣，以确定最佳的控制方法和参数。针对电站中安稳装置和电力系统中互联的各种因素进行综合考虑，采用决策树方法对响应特点进行分析、预测，并借助于优化算法对电站中安稳装置进行优化调整，提高电力系统的可靠性和性能表现。因此，在电站安稳装置的性能评估中，优化算法是必不可少的手段，安稳装置稳定判别和动作执行流程如图2所示。

图2 安稳装置稳定判别和动作执行流程

2.3 频率响应分析

频率响应是指电力系统对外部扰动（如负荷变化、短路故障等）产生的频率变化的响应能力。频率响应分析主要通过模拟实验和数学建模的方法，对电站中安稳装置的频率响应特性进行分析和评估。第一，进行电力系统的事件模拟。频率响应分析需要基于电力系统的事件模拟来获取系统的频率响应数据。通过模拟电力系统在不同工况下的发电机功率变化、系统负荷变化或其他外部扰动引起的频率变化情况，得到电力系统的频率响应曲线。第二，建立电力系统频率响应模型。在电力系统中，频率响应对应着发电机的扰动特性和系统的稳定性。通过建立发电机模型、负荷模型，以及调节装置模型，可以建立电力系统的频率响应模型。通过对模型参数的准确估计和频率响应特性的分析，可以评估电站中安稳装置对频率扰动的响应程度。第三，进行频率响应曲线的分析。频率响应曲线是描述电力系统对频率变化的响应情况的曲线图。通过频率响应曲线的分析，可以评估电站中安稳装置对于外部频率变化的调节能力和稳定性。具体分析包括频率响应曲线的斜率、相位角和稳定边界等指标。第四，综合考虑安稳装置的参数优化。频率响应分析可用于评估电站中安稳装置的性能，并通过优化装置参数来提高其频率响应特性。通过调整安稳装置的控制参数，可以改变装置的响应速度和灵敏度，提高对频率扰动的补偿能力。

3 安稳装置在光伏电站中的应用

3.1 电压控制

光伏电站作为可再生能源发电系统的重要组成部分，其发电过程受到诸多因素的影响，包括天气变化、负荷波动等。而安稳装置的应用可以提供电压控制功能，确保光伏电站的电压稳定运行，从而提高发电效率和电力系统的可靠性。第一，安稳装置在光伏电站中可以通过电压控制功能来维持光伏电站的电压在合理范围内。太阳能光伏电站的发电过程受到天气变化的影响，光照强度的变化会导致光伏电站输出电压的波动。而安稳装置可以实时监测光伏电站的电压情况，并采取相应的控制策略，调节光伏电站的输出功率，以保持电压在合理范围内。第二，安稳装置可以通过电压控制功能来调节光伏电站的无功功率，以实现电压的恢复和调节。当光伏电站发电过程中出现电压偏离设定值时，安稳装置可以通过调节无功功率的输出，改变光伏电站的无功电流注入，从而实现电压的恢复和调节。第三，安稳装置还可以通过电压控制功能来实现与电力系统的协调调节。通过安稳装置的电压控制功能，可以使光伏电站与电力系统保持协调和平衡，提高电力系统的整体稳定性和可靠性[3]。

3.2 功率控制

第一，安稳装置可以实现对光伏电站的功率输出进行调节。通过监测电力系统的功率需求及光照变化情况，安稳装置可以对光伏电站的逆变器进行控制，调节光伏电站的输出功率，使其与电力系统的需求保持一致，以实现功率平衡。第二，安稳装置可以应对光伏电站的快速功率波动。通过对电力系统中安稳装置的控制策略进行优化和调整，安稳装置能够快速响应光伏电站功率波动，控制光伏电站的输出功率，维持整个电力系统的稳定运行。第三，安稳装置的功率控制还可以应对光伏电站的负荷变化情况。通过安稳装置的功率控制，可以灵活调整光伏电站的输出功率，将多余的电能注入电网或储能设备，以实现光伏电站的功率最大化和电力系统的负荷平衡。

3.3 故障恢复

在光伏电站中，安稳装置的故障恢复应用主要是为了确保电力系统在发生故障或扰动时能够迅速恢复正常运行。

第一，安稳装置可以监测电力系统中的故障信号，并根据故障类型和程度，采取相应的措施进行故障修复。当电力系统发生故障时，如线路短路、发电机失步等，安稳装置能够及时检测到故障信号，并通过对发电机的励磁、负载的调整等控制手段，迅速恢复电力系统的正常运行状态。

第二，安稳装置可以应对光伏电站的扰动情况。在电力系统运行中，可能会出现各种扰动，如突发负荷变化、风速波动等。这些扰动可能导致电力系统的不稳定运行，甚至引起连锁故障。通过安稳装置的控制策略和参数调整，可以及时响应这些扰动，通过调整发电机输出等手段，使电力系统尽快恢复稳定状态。

第三，安稳装置的故障恢复还可以通过对光伏电站的逆变器和电网的控制，实现对系统负荷、电压等参数的调节。当光伏电站发生逆变器故障或电网波动时，安稳装置可以通过调整光伏电站的输出功率、电压等参数，使系统的负载和电压保持在安全稳定的范围内，确保电力系统的平稳运行。安稳装置接收电厂端安稳装置传送的当前开机信息，电厂端安稳装置接受其他安稳装置发送的切机命令，并配合本地判据执行切机功能，与电厂端安稳装置通信信息内容见表1。

表1 与电厂端安稳装置通信内容

3.4 非线性负荷控制

非线性负荷是指对电力系统产生不均匀、不稳定负载的负荷，例如电弧炉、电动机启动等。非线性负荷的特点是其消耗的电能与电压和频率之间存在非线性关系。这意味着在非线性负荷启动和运行过程中，对电力系统的电压和频率会产生较大的影响。因此，为了保持电力系统的稳定运行，需要采取措施对非线性负荷进行控制和调节。安稳装置可以感知到非线性负荷对电力系统的影响，并根据实际情况进行相应的反馈调节。非线性负荷控制还可以通过控制非线性负荷的运行模式和策略来达到。在电力系统的高负荷时段，可以通过合理分配非线性负荷的启动时间和运行周期，避免非线性负荷集中启动，从而减少对系统电压和频率的冲击。