空调群负荷大量接入的大区域电网电压稳定方法研究

于 骏,金明成,汤 伟,姚恺丰,杨雪瑞

（国家电网有限公司东北分部，辽宁 沈阳 110179)

1 引言

电压稳定性是指处于给定运行条件下的电力系统，在承受不必要扰动后，重新恢复至平衡状态的物理能力。在电压稳定性受到破坏后，一部分用户的用电行为可能被迫中断，若关键电力元件无法承受急剧增加的电子流量，则可能会导致整个传输系统陷入瘫痪状态。因此，保持电网电压运行的稳定性，对促进电力系统的安全连接具有极强促进作用。电机设备趋同是反映电网环境能否保持稳定的关键因素，随着传输电子量的不断累积，电网系统所承载的击穿电压水平也在不断提升[1-2]。在此条件下，同步电机、并联电机的电角速度可在短时间内达到极值状态，进而促进电压的差异数值不断向着极端水平趋近，使电网主体快速接近稳定性负荷条件。

然而随着空调群负荷量水平的提升，电子供应量极难在短时间内达到最佳输出状态。为解决上述问题，PSASP 控制手段在非线性准则的协助下，确定电网电压的连续负载条件，再对该数值连续求导，得到最终的稳定性系数条件。但此方法不能在保障电子供应量水平的同时，缩短平均电量输出时间，很难长久维持理想稳压状态[3]。基于此提出空调群负荷大量接入条件下的大区域电网电压稳定性研究方法，并在Simulink接入模块、滤波器结构等设备元件的支持下，计算电网的具体潮流量数值，进而确定最终的电压稳定裕度指标，实现电网电压的稳定性研究。

2 基于空调群负荷大量接入的大区域电网环境构建

大区域电网环境构建包含Simulink负荷接入模块设计、大区域稳压滤波器连接等多个环节，具体实施方法如下。

2.1 空调群电网的基本结构

空调群电网是负荷电子接入大区域环境的主要保障条件，其以集群调度中心、负荷变电站作为核心分配组织。整个电网环境由空调群调度层、负荷接入控制层、电压控制层组成。空调群调度层是顶级电网结构，包含两个主体组织结构，是稳压传输指令的生成位置，具有良好的连接适应能力。负荷接入控制层位于空调群电网中部，包含电网控制中心和与其关联的下级公共连接点，可完全适应集群性空调设备的连接需求，并按照区域性分配关系，协调电压数据在电网环境中的传输状况。电压控制层位于空调群电网底部，包含一条完整的冷热循环线路和多元化的传输线路通道。为使集群性空调结构体能够获得足量的供应电子，该层组织可同时从光伏供电、风力供电、负荷供电设备中获取电压数据，并在空调群汽轮机的支持下，将这些数据信息转化成可供存储的能量分子，以供大区域电网设备的直接调取与应用。图1为空调群电网的基本结构形式图。

图1 空调群电网的基本结构形式

2.2 Simulink负荷接入模块

Simulink负荷接入模块是空调群电网的下级附属设备，由Simulink主体板件、电子负荷接口、集群显示灯、接入控制按钮、隔板、固定螺丝六部分组成。其中，电子负荷接口位于Simulink 板件上级表面，可借助电子传输线与空调群电网组织相连，一方面可获取来自大区域供电环境的传输电子，另一方面也可将已存储的电量数据转化为流通电压信息[4]。接入控制按钮的压力状态直接关联集群灯组的显示情况，常规情况下，按钮组织的压力等级条件超过Ⅲ级，集群显示灯才可以表现为常亮状态。隔板组织作为辅助元件，能够将该模块与其它结构体完整分割开，具备良好的电子隔断能力，板体中间小孔可聚拢分散的电量数据，并整合成光滑的电子束结构。固定螺丝位于Simulink 负荷接入模块的上部及左下部，负责将该模块连接在空调群电网的固定位置上。图2为Simulink负荷接入模块结构图。

图2 Simulink负荷接入模块结构图

2.3 大区域稳压滤波器

大区域稳压滤波器套接在Simulink 负荷模块外部，包含电子输入端、电子输出端两类传输接口。其中，电子输入端由三个连接柱体组成，可与空调群电网的下级负载直接相连，在获取稳压电子参量的同时，协调滤波结构体内部的不均衡电压分子[5]。电子输出端由两个连接柱体组成，借助传输线体与Simulink板件的尾部相连，用于区域性电压的传导与调节。主体滤波结构是一个阻值相对较大的电力器件，最高负荷电压可达250V，但电流承载水平较小，在整个传输过程中，始终不能超过6A。为保证大区域环境中的电网电压快速趋于稳定，滤波器的平均负荷频率仅为60Hz，但因空调集群组织具有温度敏感的特质，在电流传输的过程中，起始温度条件必须始终保持在-25℃-+85℃之间[6-7]。图3为大区域稳压滤波器结构图。

图3 大区域稳压滤波器结构图

3 大区域电网电压的稳定性研究

在空调群负荷接入条件大区域电网环境的支持下，按照机组并网控制、电网潮流量计算、电压稳定裕度指标确定的处理流程，完成电网电压稳定性研究方法设计。

3.1 空调群负荷机组的并网控制

空调群负荷机组并网控制策略的实现，需要主电路、调节电路的共同配合。其中，负荷机组主电路包含并网控制、稳压处理两个操作环节。经大区域电网环境传输的电子量首先进入并网控制电路，在经过负荷电阻的多次调度处理后，以最小电量误差的形式进入稳压处理电路。在整个稳压处理过程中，环流型的大区域电子量会先后经历压缩、扩容等多个操作环节，直至将传输电流中的差异化分子完整去除[8]。空调集群调节电路位于大区域负荷电网内部，只能承载小规模的电量平衡任务，在妥善分配接入电子节点的同时，控制束状电流的平均输出宽度条件。

3.2 电网潮流量计算

电网潮流量计算是指在特定空调群负荷条件下，通过结构参数整合而获取发电机运行条件的处理过程。假设在空调群组设备运行状态保持不变的情况下，电压负荷节点的功率、相角、输出幅值等条件会呈现周期性变化行为，即电网电压的稳定性不会始终保持不变。电压负荷节点功率可表示为p，能够描述空调群组的连接行为，且在既定接入时间内，随着前者数值水平的增加，后者会出现明显的两极化趋向状态。相角是指电网电压偏移角度在单位时间内的变化情况，常表示为θ，其可随电压输出时间的累积而发生改变，在不考虑外界干扰的情况下，二者之间的影响关系始终隶属于正向促进范畴。输出幅值是指空调群负荷水平的两极化数值条件，即最小值β0、最大值β1，作为影响电网潮流量的主观物理条件，不受其它系数条件的影响，在整个稳压调节过程中，始终保持极强的主观应用性。联立p、θ、β0、β1，可将电网潮流量计算结果表示为：

其中，w代表空调群组的正向连接系数，q 代表电压参量的输出累积条件，χ代表单位电子传输时长。

3.3 电压稳定裕度指标确定

电压稳定裕度指标作为理想化的空调群负荷电网崩溃参考条件，与其它计算系数相比，具有直观性强、获取流程简单、理解程度深刻等多项优势。电压稳定裕度指标获取时要求大区域电网环境始终处于静态输出状态，且随着电网潮流量的不断累积，原有静止行为可能会受到一定程度的影响，但却始终不会达到动态化应用条件。从过量负荷接入的角度来看，电压稳定裕度指标是具有实际应用能力的物理参考数值，可对大区域电网系统起到一定强度的约束作用，进而使最终生成的电压数据形成线性或束状结构，促进空调集群组织出现良好的负荷匹配情况。在不考虑负增长趋势的情况下，电压稳定裕度指标可作为电网潮流量的补充说明条件，可明确表示空调群负荷的增长行为，对大区域环境下的电子参量产生灵敏性控制的约束影响。设f'代表电网潮流量的偏移性累积条件，j代表空调集群组织的大量负荷接入系数，联立公式(1)，可将电压稳定裕度指标获取公式表示为：

其中，K代表稳流电网电压的最大输出值，δ0代表裕度指标的下限约束参量，δ1代表裕度指标的上限约束参量，e1、e2分别代表两个不同的幂次项电压传导系数，||代表大区域电网环境中的平均稳压接入条件。至此，完成所有物理参量的计算与处理，实现对基于空调群负荷大量接入条件大区域电网电压稳定性研究方法的设计。

4 实验研究

为突出基于空调群负荷大量接入条件下大区域电网电压稳定性研究方法的实效性，设计如下对比实验。在确保整个运输电网处于惯性连接的前提下，将两台配置完全相同的计算主机作为监测对象，其中搭载新型研究方法的监测对象作为实验组主机，搭载PSASP控制手段的监测对象作为对照组主机。选取一个供应状态良好的电子元件作为被监测对象，在既定实验时间内，分别记录实验组、对照组相关物理数值的具体变化情况。

4.1 检测环境搭建

通过人工干预的手段，更改接入大区域电网环境中的检测主机类型。不断调试空调集群组织的负荷状态，改变主体电网设备的执行工作状态。结构主体中电子量的输出条件达到理想标准时，开始记录实验组、对照组主机中的检测数值，并借助MOA(an experimental tool for massive online analysis)处理软件，生成标准化的记录数据图像。

4.2 单位时间内的电子供应量

以10min作为一个单位时间长度，分别记录在6个单位时长内，实验组、对照组空调集群组织电子供应量的具体变化情况。表1为实验组电子供应量的变化情况，表2为对照组电子供应量的变化情况。

表1 实验组电子供应量变化表

分析表1可知，在前5 个单位时长内，实验组电子供应量始终保持不断上升的变化趋势，从第5个单位时长后半段开始逐渐趋于稳定，全局最大值达到9.5×1015T，整个实验过程中，极值状态可维持15min。

分析表2可知，在整个实验过程中，对照组电子供应量始终保持上升、下降交替出现的变化趋势，全局最大值达到6.8×1015T，与实验组极值水平相比，下降了2.7×1015T。综上可知，应用大区域电网电压稳定性研究方法，能够提升空调集群组织在单位时间内的电子供应量水平。

表2 对照组电子供应量变化表

4.3 平均电量输出时间

控制电子供应量水平保持不变，选取8个节点作为记录位置，分别监控应用实验组、对照组稳压方法后，平均电量输出时间的具体变化情况，如图4所示。

图4 平均电量输出时间对比图

分析图4可知，实验前期，实验组、对照组平均电量输出时间并无明显的差异，但当实验进行到30次时，实验组平均电量输出时间呈现逐渐下降的变化趋势，实验到了50 次之后，又呈现出上升与下降交替的变化趋势。与对照组相比，实验组平均电量输出时间较短，远低于对照组数值。综上可知，应用大区域电网电压稳定性研究方法，能够明确缩短空调集群组织的平均电量输出时间。

5 结束语

随着空调群组织负荷接入水平的提升，simulink 模块及大区域稳压滤波器可在短时间内达到稳定的执行状态。而从并网控制的角度来看，电压潮流量、裕度指标能够促使电荷负载环境逐渐趋于稳定。单纯考虑实用性的话，新型稳定性研究方法能够在提升电子供应量水平的同时，缩短电网设备的平均输出时间，符合最佳电荷供应的实用需求。