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        試論電力系統(tǒng)災(zāi)變防治策略與分析

        2017-03-04 20:02:30柏久海
        科學與財富 2016年32期
        關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)

        柏久海

        摘 要:本文主要分析電力系統(tǒng)災(zāi)變的國內(nèi)外現(xiàn)狀及研究意義,分析了電力系統(tǒng)災(zāi)變的特點、原因和災(zāi)變防治策略。重點分析了用先進勵磁控制的線性勵磁控制和非線性勵磁控制,采取理論研究與仿真相結(jié)合的方法來分析了勵磁調(diào)節(jié)器對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要作用,最后,對所設(shè)計系統(tǒng)進行了仿真測試,調(diào)節(jié)PID勵磁控制器的參數(shù),實現(xiàn)了在系統(tǒng)擾動和故障情況下能很好地維持發(fā)電機運行的穩(wěn)定性,實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定的重要作用。

        關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng);災(zāi)變特點和原因;防治策略;勵磁控制

        引題

        電力系統(tǒng)災(zāi)變防治是一個重要的系統(tǒng)工程。減少電力系統(tǒng)災(zāi)變發(fā)生的可能性、使電力系統(tǒng)災(zāi)變的范圍盡可能小、持續(xù)的時間盡可能短是一個電力系統(tǒng)災(zāi)變防治的目標。電力系統(tǒng)災(zāi)變防治要求電網(wǎng)及其監(jiān)控系統(tǒng)具備對系統(tǒng)危險的預(yù)見性、判斷的準確性、執(zhí)行的快速性和易恢復性等特點。

        1 當前電力系統(tǒng)災(zāi)變的特點及電力系統(tǒng)災(zāi)變的原因

        1.1 具有極強的綜合性。

        1.2 連鎖性故障是導致電力系統(tǒng)災(zāi)變發(fā)生的主要原因。

        1.3 連鎖性故障發(fā)生時的控制方式及策略與常規(guī)情形不同。

        1.4 輸電線路過負荷或故障跳閘,引起大量負荷轉(zhuǎn)移,最終造成一系列線路和電源的連鎖反應(yīng)跳閘。

        1.5 負荷增長過快,系統(tǒng)無功不足而導致電壓崩潰。

        1.6 系統(tǒng)元件的保護或自動裝置拒動或誤動。

        1.7 線路多重多次故障,導致一系列跳閘,最終發(fā)展成穩(wěn)定破壞事故。

        1.8 大機組跳閘,引起連鎖反應(yīng),最終發(fā)展成穩(wěn)定破壞事故。

        1.9 不可抗拒的自然災(zāi)害或人為因素(如地震、戰(zhàn)爭等)。

        2 電力系統(tǒng)災(zāi)變防治策略

        電力系統(tǒng)災(zāi)變防治研究是一項復雜的綜合性工作,電力系統(tǒng)災(zāi)變防治研究需要及時引入各種新理論,推動研究層次的不斷提高。當前應(yīng)用的研究方法有以下三種。

        2.1 基于模型的研究方法

        這種方法雖然具有很多優(yōu)點,但實施起來是比較困難的。因為精確的模型往往不易得到(即便能夠得到也常會使問題在規(guī)模和算法上復雜化,滿足不了電力系統(tǒng)災(zāi)變防治在線實時性的要求);而且,隨著系統(tǒng)運行方式和運行點的改變,同一系統(tǒng)的參數(shù)也會發(fā)生變化;此外,電力系統(tǒng)中還含有大量未建模的動態(tài)部分。

        2.2 準確方法和智能方法有機結(jié)合起來開展研究

        綜合智能控制技術(shù)集多種智能方法和現(xiàn)代控制方法于一體,對解決復雜電力系統(tǒng)的控制問題具有一定的潛力;協(xié)調(diào)控制是解決電力系統(tǒng)中許多目標沖突問題(如執(zhí)行的快速性要求與判定的準確性要求)的一個重要手段,致力于多智能體協(xié)作及控制研究的多智能體技術(shù)亦有望在此方面帶來一些好的收效。

        2.3 采取理論研究與仿真相結(jié)合的方法

        仿真結(jié)果的準確性與仿真軟件的優(yōu)劣、建模過程的正確性和有效性等因素有關(guān)。怎樣進行高度可視化的實時仿真技術(shù)研究并確保仿真結(jié)果可信,是理論研究與仿真研究有效結(jié)合的關(guān)鍵。

        3 電力系統(tǒng)勵磁控制技術(shù)

        經(jīng)過多年努力,當前供電企業(yè)已成功地研制了GEC-I性全數(shù)字式非線性最優(yōu)勵磁調(diào)節(jié)裝置,并已投運于十多臺機組,提高了有關(guān)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性,產(chǎn)生了重大經(jīng)濟和社會效益。目前,國家實驗室在東北電力集團公司支持下,研制了雙工控機,具有彩色平板數(shù)據(jù)和波形顯示器(PPC)的新型非線性最優(yōu)控制裝置GEC-II,目前已投入白山水電廠30萬kW機組運行。

        3.1 PID控制

        許多年來,在工業(yè)自動控制領(lǐng)域中,按照偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進行控制的PID是歷史最久、生命力最強的基本控制方式。在20世紀40年代以前,除在最簡單的情況下可采用開關(guān)控制外,它是唯一的控制方式。隨著科技術(shù)的發(fā)展特別是計算機技術(shù)的發(fā)展,涌現(xiàn)出許多新的控制方式,然而直到現(xiàn)在,PID控制由于它原理簡單,使用方便,魯棒性強等優(yōu)點,在工業(yè)生產(chǎn)過程中仍得到廣泛的應(yīng)用。

        3.2 PID控制器在各校正環(huán)節(jié)的作用如下

        (1)比例環(huán)節(jié):即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號,偏差一旦產(chǎn)生,控制器立即產(chǎn)生控制作用,以減小誤差。當輸入偏差e=O時,控制作用也為0,因此比例控制是基于偏差進行調(diào)節(jié)的,即有差調(diào)節(jié)。

        (2)積分環(huán)節(jié):通過對誤差記憶,提高系統(tǒng)的抗干擾能力,主要用于消除靜差,提高系統(tǒng)的無靜差度。但是它存在滯后現(xiàn)象,使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢,超調(diào)量變大,并可能產(chǎn)生振蕩。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)霉,Z越大,積分作用越弱,反之則越強。

        (3)微分環(huán)節(jié):反映偏差信號的變化趨勢(變化速率),并能在偏差信號值變得太大之前,向系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號,從而加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,減小調(diào)節(jié)時間,減小超調(diào)量,改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。其不利之處是微分作用對擾動敏感,使系統(tǒng)抑制干擾能力減弱。PID控制要取得較好的控制效果,就必須通過調(diào)整好比例、積分和微分三種控制作用,形成控制量中既相互配合又相互制約的關(guān)系,這種關(guān)系不一定是簡單的“線性組合”,從變化無窮的非線性組合中可以找出最佳的。

        3.3 勵磁系統(tǒng)的組成

        同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個部分構(gòu)成。勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供直流電流,即勵磁電流;勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出。整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機構(gòu)成的一個反饋系統(tǒng)。

        3.4 勵磁系統(tǒng)的性能要求

        為了充分發(fā)揮同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的作用,完成其各項任務(wù),對勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器的性能有包括高度可靠和快速響應(yīng)兩個方面的要求:

        (1)同步發(fā)電機的勵磁及其控制應(yīng)當能保證在各種運行狀態(tài)下的可靠性,包括:起勵狀態(tài),空載狀態(tài)、負荷狀態(tài)、強勵狀態(tài)、滅磁狀態(tài)等。

        (2)正常工作狀態(tài)時,同步發(fā)電機的電壓控制和無功功率控制應(yīng)當?shù)玫胶芎玫捻憫?yīng),并有足夠的調(diào)節(jié)范圍。

        (3)勵磁控制系統(tǒng)應(yīng)能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障,具備強行勵磁等控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運行條件。

        (4)具有較小的時間常數(shù),能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。

        結(jié)束語

        綜上所述:電力系統(tǒng)災(zāi)變防治體系災(zāi)變防治策略需要采取理論研究與仿真相結(jié)合的方法來分析了勵磁調(diào)節(jié)器對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要作用。主要分析了調(diào)節(jié)PID勵磁調(diào)節(jié)器的參數(shù)來實現(xiàn)發(fā)電機各種參數(shù)的變化,從而實現(xiàn)提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

        發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分,它能夠起到保證電壓質(zhì)量,提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性等作用,因此勵磁控制對整個電力系統(tǒng)的運行具有決定性的意義。論文在分析發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上,推導并建立了以狀態(tài)方程表示的單機-無窮大電力系統(tǒng)的非線性數(shù)學模型。最后,對所設(shè)計系統(tǒng)進行了仿真測試,調(diào)節(jié)PID勵磁控制器的參數(shù),實現(xiàn)了在系統(tǒng)擾動和故障情況下能很好地維持發(fā)電機運行的穩(wěn)定性,實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定的重要作用。

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