基于5G 通信的分布式电源波动控制方法

吴园园，杨琼琼

（国网宝鸡供电公司，陕西 宝鸡 721001）

0 引 言

随着可再生能源的快速发展和分布式电源的广泛应用，分布式电源的波动问题成为影响电力系统稳定运行的重要因素。然而，分布式电源的波动问题一直是影响电力系统稳定运行的重要因素。传统的控制方法难以满足分布式电源波动控制的需求，因此需要寻求新的解决方案。为了解决这一问题，文章提出一种基于5G 通信的分布式电源波动控制方法。5G 通信技术可以实现高速度、低延迟的通信，使得实时监测和反馈调整成为可能。该方法利用5G 通信的高速度、低时延特性，实现对分布式电源的实时监测和波动控制，提升分布式电源的稳定性和可靠性，降低对传统电网的依赖，为智能电网的发展提供有力支持。智能电网是未来电力系统的必然趋势，而文章提出的方法可以为智能电网的发展提供有力的技术支持和解决方案[1]。

1 基于5G 通信的分布式电源波动控制方法的设计

1.1 基于5G 通信技术提取分布式电源波动特征

传统的电压波动具有一定的规律性，这使得分析产生机制相对容易。常用的分析方法是用电压的均方根曲线表示电压波动。其中，电压波动q、电压波动频率w是测量电压波动速度的物理量[2-3]。计算电压波动的对应公式为

式中：ΔE表示均方根曲线中电压相邻的两个极差值；EN表示分布式电源的标称电压。

分布式电源的负荷复功率计算公式为

式中：p表示分布式电源额定电压；j表示电流波动。

分布式电源在供电系统中由等值抗阻z0引发的电压降落计算公式为

式中：EL表示负荷电压；i1表示负荷电流；zL表示负荷抗阻值。当负荷一侧供电母线电压的波动主要归因于等值阻抗上的电压波动，可以认为用电负载对分布式电源的电压没有影响，因此EL保持不变，负荷一侧的供电母线电压波动可以归因于等值阻抗z0上的电压波动。

电力系统的输电线中，当电网的电压较高时，分布式电源的电压与供电母线电压的相角差通常可以忽略，因此可以将电压降落的纵向成分作为电力系统整体的电能损失来表达，而无须考虑横向的电能损失[4-5]。整个电网电压变化的表达公式为

式中：Δα表示负荷供电母线的电压波动；Δp表示电压降落的纵向分量；ε表示电压幅值。

通过式（3）推导后，此时供电线路电压波动的计算公式为

由式（4）可以得出，在常规的输电线路中，无功功率的大幅变化会导致电压幅值波动。式（4）是目前估计和测定电压波动的常用方法，也是传统电路中计算电压波动的基础。在分析常规输电线路的基础上，从物理角度对其进行理论特征提取研究，从而得到了分布式电源电压波动的特征及其产生的原因[6]。

1.2 计算分布式电源的电压波动变化量

由式（4）可知，传统的供电线路中，无功功率是造成110 kV 及以上的电压等级出现电压波动的主因。然而，分布式电源发电设备并网引发的电压波动并不遵循传统输电电路电压波动的形成原理。通常情况下，分布式发电设备的容量较小，其发出的电能主要用于接入低压配电网[7]。

在接入分布式电源的输电线路中，等效阻抗上的电压变化量与传统供电线路的相同，但电压变化的趋势完全相反[8]。该电压变化量的计算公式为

式中：ΔS表示注入的功率变化量；U表示接入点的电压；θ表示功率因数角；Sk表示接入点的短路容量；φ表示等效阻抗z0的阻抗角。

一般情况下，低压输电线路的长度不会太长，因此在其线路两端的相移不会太大[9]。但是，当接入分布式电源的额定电压和负荷两侧的电压接近时，在这个节点上的电压波动的计算公式为

因此，在分布式电源接入电网后，电压波动受Sk、ΔS、θ以及φ共4 个因素影响。

基于分析可知，电压波动的改变与其短路容量呈反比，通常接入配电系统的电路是低压供电电路。配电网的电压一般为0.6 kV 或10.0 kV，低压配电网电路的短路容量很小，因此研究系统电压波动时可以忽略功率因数[10]。

1.3 控制分布式电源的电压波动

最大限度地降低节点电压的非周期性，是降低分布式电源电压波动的重要方法，可以通过将功率因数系数设为0 实现。功率因数是合环瞬间电流瞬时值的倒数。考虑合环之前电流的峰位和起始相位都与电网中的电压相关，可以通过调整电网中的有功、无功，有效控制分布式电源的电压波动[11]。

功率变化量ΔS恒定时，距离接入点越近的功率变化对节点电压的影响越大，因此文章根据该特点设计出一种新型的低压电网电压调节器。该器件采用磁控电感元件，以抑制输电线路的电压波动问题。该调节器省去了开关单元及其他控制元件的消耗，节省了生产成本。同时,电压在调节区域内能够随意调节,使控制系统的稳定性较好[12]。

设定该调节器的三相电压为G、H、K,将该调节器接入分布式电源，其经过控制后的稳定电路的电压表达公式为

式中：UMCI表示磁控电感数值对应的电压。

2 实验测试与分析

2.1 实验准备

为证明基于5G 通信的分布式电源波动控制方法的有效性，搭建一个实验平台。该平台包括多个分布式电源、5G 通信网络以及控制系统。实验的目的是测试该方法在分布式电源波动控制方面的性能，包括控制的精准度以及稳定性。平台中刚性负荷为30 kW，可时移负荷为20 kW，可削减负荷为150 kW，可中断负荷为80 kW。平台中的各个设备均使用5G 通信网络，用户可以进行自由调配。平台中的各类型负荷数据如表1 所示。

表1 可调度负荷参数

实验中设定波动控制周期为3 h（12:00—15:00），每20 min 采集一次数据。选取一典型日进行采集测试，对比经过本文方法控制、传统方法（基于交流特高压电网电压波动的自动电压控制方法）控制以及实验设定的最优分布式电源出力数值。

2.2 实验结果与分析

基于实验准备，实验设定最优分布式电源出力的详细数值如表2 所示。

表2 实验设定分布式电源出力

根据实验设定最优分布式电源出力的详细数值，将经过本文方法波动控制后的分布式电源总用电负荷与基于交流特高压电网电压波动的自动电压控制方法（传统方法）的波动控制效果进行对比测试，其测试结果如图1 所示。

图1 测试结果

由图1 可知，基于5G 通信的分布式电源波动控制方法能够更好地控制分布式电源总用电负荷波动，更趋近于实验设定的最优分布式电源出力，并且其波动控制效果明显优于传统方法，因此证明基于5G 通信的分布式电源波动控制方法具有一定的可行性。

3 结 论

文章提出了一种基于5G 通信的分布式电源波动控制方法，通过充分利用5G 通信的高速度和低时延特性，实现对分布式电源的实时监测和波动控制。实验结果表明，该方法能显著提升分布式电源的稳定性和可靠性，降低对传统电网的依赖，为智能电网的发展提供技术支持。未来的工作将集中在深入研究分布式电源的波动特性，优化控制算法，并关注5G 通信技术的发展和应用，以提供更可靠和高效的技术支持。