电力系统随机稳定性分析

电力调度自动化安全防护探讨

1引言

对于电力系统来说，其是具有高维强的非线性动态大系统，此外，电力系统还会存在许多的随机扰动的现象，主要有以下几种类型：①负荷的随机波动现象；②原动机扭矩的随机振动现象；③对回路测量噪声的控制；④随机产生的电网谐波和故障等等。近几年我国现代互联网在规模上的不断扩大使得因负荷原因以及故障等所带来的随机扰动会变得更加普遍。而对于电力系统来说，这些随机的现象会对其运行的稳定性以及质量产生负面的影响。并且，在现代随机系统以及有关控制方面理论发展迅速的情况下，理论方面的相关研究者就决定将随机系统的有关思想以及方法应用到电力系统中，从而建立更准确的电力系统数学模型，从而得到更准确的分析相关方法，并且进一步完善电力系统在控制方面的策略。本文首先是电力系统控制主要单元与随机扰动问题详细分析了在电力系统随机系统控制理论方面有关研究的现状，并在此基础上，进一步了解了电力系统控制的主要单元以及其中所存在的随机扰动问题，希望能够对这一方面的研究起到一定的指导意义。

2电力系统的随机系统在控制理论研究方面的现状

对于电力系统的随机控制理论来说，其主要研究的内容是要研究将不确定性建模成为随机的变量或者是随机过程动态系统的控制以及优化方面的问题，租户要有以下几方面：①系统随机振荡；②状态测量噪声；③如时变或非时变等未知参数的随机波动；④排队网络中的随机访问等等。对于随即系统的稳定性控制方面的理论最早出现在20世纪60年代的时候，但是因为随机函数在分析过程中仍然存在着比较关键性问题的阻碍，因此其研究并没有取得比较明显的进展。但是，后来在微积分理论里面所引进的函数梯度方面以及行列式等，使得随机系统在稳定性研究方面进展变得很快。在具体的应用过程中，系统所受到的噪声方面的干扰已经可以近似的被认为是拥有平稳的独立增量的零均值高斯过程。电力系统的线性随机系统，也被称为是滞后系统，在其稳定性分析以及控制方面都已经出现了许多的理论成果，主要包括以下几点：①系统稳定性判断准则；②鲁棒控制；③变结构控制；④随机优化控制；⑤随机系统状态估计，也就是滤波等。对于电力系统的非线性系统来说，非线性函数会对系统的动态特性产生十分明显的影响，而这些非线性函数具有以下特点：①非线性函数之间的差别很大；②非线性函数的整体描述以及确切描述通常比较困难。正是非线性函数所具有的这些特点使得对随机非线性控制系统所进行的稳定性分析以及设计等工作带来了极大的工作难度，因此，与随机线性系统相比，在随机非线性方面所取得的成果并不够丰富和成熟。

3电力系统控制的主要单元以及所存在的随机扰动问题

对于电力系统来说，其主要包括以下几个环节：①发电环节；②输电环节；③变配电环节；④用电环节。电力系统的主要作用是将其他一些形式的能量转化成电能的形式，并进一步将电能输送到电力的用户端，从而完成电力的供应。此外，电力系统的稳定性分析以及控制等工作都是围绕上述环节进行的。影响电力系统运行是否处于平衡工作状态的扰动因素主要有以下几种：①负荷的波动因素；②电网的故障因素；③运行方式的改变因素等，这些扰动因素会迫使系统进入到一个动态的过程，而相应控制器会产生一定的阻尼抑制作用，在该作用的情况下，系统所具有的暂态振荡的过程会逐渐的消失，从而进入一个相对比较稳定的工作状态。对于电力系统的动态过程来说，其在本质上可以说是一个随机的过程，并且电力系统在稳定控制作用的情况下进入到平衡状态的过程也并不是唯一的，而是具有概率分布的特点，主要是因为电力系统所存在的扰动因素也是存在着不同程度上的随机性，此外，还因为电力系统在发生扰动时候的运行状态也是变化的。

3.1对发电的控制

对于发电的控制主要包括以下几方面：①励磁控制。其主要的任务就是将发电机或者是其他一些控制点的电压控制在给定水平之上，此外，其还能够在一定程度上提高电力系统在运行过程中的稳定性；②水汽门的开度控制。其原理是通过对发电机转速进行调解的方式来控制原动机在控制机组与电网并联状态下的输入能量，进而在对整个系统的运行频率进行一定程度的改变，实现对于电力系统运行稳定性的有效控制；③风力发电的控制。电力系统在进行发电控制的过程中会受到以下三个部分的随机扰动：①因原动机所发生的随机变化而引起的输入机械功率的变化；②电网侧所存在的诸如负荷波动等的随机扰动；③控制回路测量的噪声，尤其是使用现代数字式的控制器。

3.2对输配电的控制

对于输配电的控制主要包括以下几方面：①FACTS控制，又被称为是柔性交流输电系统，可以用来描述以大功率电力电子器件为基础的控制器；②负荷频率的控制等。FACTS控制可以在很大程度上提高电网的功率传输能力，此外，还可以更好的对系统的潮流进行控制。因此需要将有关的FACTS装置的适用进行一定的提高，让其可以适用于电力系统的各种扰动或者是各种网络结构以及参数的变化等。

3.3对协调的控制

通过对协调的控制，可以在一定程度上提高电力系统的稳定性。而协调控制的主要含义有以下两个含义：第一个含义是具有多个目标的协调控制，也就是提高静稳与改善暂稳这两者之间的协调；第二个含义则是在同一个区域的多种控制器以及不同区域控制器之间的协调控制。

4结束语

对于电力系统来说，其在稳定性方面问题的研究需要将系统所存在的随机扰动影响考虑在内，并且十分有必要将采用现代概率论以及随机系统理论和方法综合在一起对电力系统进行研究，这样就可以在得到理论上的新方法以及新结论的同时还能得到在工程应用方面的新方法与新结论。近几年我国现代互联网在规模上的不断扩大使得因负荷原因以及故障等所带来的随机扰动会变得更加普遍。而对于电力系统来说，这些随机的现象会对其运行的稳定性以及质量产生负面的影响。并且，在现代随机系统以及有关控制方面理论发展迅速的情况下，理论方面的相关研究者就决定将随机系统的有关思想以及方法应用到电力系统中，从而建立更准确的电力系统数学模型，从而得到更准确的分析相关方法，并且进一步完善电力系统在控制方面的策略。本文首先是电力系统控制主要单元与随机扰动问题详细分析了在电力系统随机系统控制理论方面有关研究的现状，并在此基础上，进一步了解了电力系统控制的主要单元以及其中所存在的随机扰动问题，希望能够对这一方面的研究起到一定的指导意义。本文经过分析，发现了电力系统在随机稳定性分析以及问题的控制方面存在的问题主要有：（1）缺乏有关电力系统的比较系统性的理论研究，现有的研究成果主要是对某一比较具体的随机性问题所进行的分析以及研究，并将其仅仅局限在一个比较片面的范围里，虽然已存在的分析与研究成果都是以概率论和概率统计相关理论为基础进行的，但是还是没有形成一种通常性的建模和处理的方法，因而其所具有的相对独立性很难反映出随机性对于整体的电力系统所产生的影响效果。（2）对于随机电力系统进行稳定性的控制依然存在着各种问题，现阶段的研究还停留在对随即电力系统的理论稳定性分析的程度，对于以下两方面的研究成果还是相对较少的：一方面是应用随机系统控制理论进行系统随机控制律的设计；另一方面则是通过应用随机系统控制理论进行随机扰动的抑制等，因此接下来的主要工作是对以下几点进行更深入的研究：①随机扰动状态的辨识工作方面的问题；②随机电力系统的综合控制工作方面的问题；③随机优化控制方面的问题等。（3）选择合适的方法将正确的随机变量引入到电力系统现有的线性模型以及非线性模型当中，从而在电力系统中建立比较完善的随机动态仿真模型，进而将正确且有效的实验方法提供给随机电力系统的理论研究工作。

参考文献

[1]彭云建.随机电力系统稳定性分析与控制———模型和基本理论方法研究[D].华南理工大学，2007.

[2]刘凯，彭志炜，黄忠，等.基于混和逻辑动态模型的混杂电力系统及其电压稳定性分析方法研究[J].电力系统保护与控制，2008，36（10）：15~18.

[3]吴锡昌.含风电的霍林河独立电力系统频率稳定性分析与控制研究[D].华北电力大学（北京），2016

作者简介：雷雯婷（1988-），女，汉族，四川内江人，工程师，调度技师，本科，主要从事电力调控等相关工作。

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