電力系統(tǒng)中的穩(wěn)定控制技術(shù)應(yīng)用

電力系統(tǒng)中的穩(wěn)定控制技術(shù)應(yīng)用

電力系統(tǒng)中的穩(wěn)定控制技術(shù)應(yīng)用

電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，由發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路和

負(fù)荷等組成，其中各個部分相互作用，由運(yùn)行控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，以保

持穩(wěn)定運(yùn)行。穩(wěn)定控制技術(shù)是確保電力系統(tǒng)在故障或異常情況下能夠持

續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。本文將會介紹電力系統(tǒng)中穩(wěn)定控制技術(shù)的應(yīng)用，

著重討論P(yáng)ID控制、模型預(yù)測控制和靈敏度分析等技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用

場景。

一、PID控制

PID控制是常見的一種控制方法，該算法能夠使系統(tǒng)在受到擾動時

盡快恢復(fù)到目標(biāo)狀態(tài)，同時保持輸出穩(wěn)定性和精度。在電力系統(tǒng)中，PID

控制常用于發(fā)電機(jī)水平控制、線路功率控制、無功功率控制等場景。

PID控制的核心是反饋機(jī)制，即在控制過程中不斷檢測系統(tǒng)輸出與

期望值之間的差異（誤差），并據(jù)此進(jìn)行調(diào)整。PID參數(shù)分別代表比例、

積分和微分三項(xiàng)，分別用于調(diào)整控制器的靈敏度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)。

比例參數(shù)是控制器輸出與誤差之間的線性關(guān)系，如調(diào)整不當(dāng)會導(dǎo)致震蕩

或系統(tǒng)過載；積分參數(shù)相當(dāng)于系統(tǒng)誤差的累積量，調(diào)整不當(dāng)可能會導(dǎo)致

系統(tǒng)偏移；微分參數(shù)用于適應(yīng)系統(tǒng)快速變化，如調(diào)整不當(dāng)會導(dǎo)致系統(tǒng)反

映速度過慢或失穩(wěn)。

在電力系統(tǒng)中，PID控制常用于發(fā)電機(jī)控制和變壓器控制等重要設(shè)

備。例如，發(fā)電機(jī)水平控制需要在保證輸出功率的同時保持機(jī)組穩(wěn)定性，

通過PID控制可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性的控制；變壓器的模型往往十

分復(fù)雜，但通過合理的PID參數(shù)調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)對線路電壓、電流大小和

相位等的精細(xì)控制。

二、模型預(yù)測控制

模型預(yù)測控制（MPC）是一種基于預(yù)測模型的控制方法，將所控制

的系統(tǒng)建模成最優(yōu)化問題，根據(jù)模型輸出預(yù)測未來的系統(tǒng)行為，以優(yōu)化

控制目標(biāo)。MPC能夠綜合考慮控制器狀態(tài)和系統(tǒng)動態(tài)特性等多種因素，

具有較好的穩(wěn)定性、魯棒性和控制精度，在電力系統(tǒng)中常用于功率控制、

電壓控制等。

MPC算法主要分為兩類，基于線性模型的MPC和基于非線性模型

的MPC,它們是按照模型的復(fù)雜度和算法的可調(diào)節(jié)性來劃分的。基于線

性模型的MPC算法通常是建立狀態(tài)空間模型和控制模型，基于優(yōu)化準(zhǔn)則

進(jìn)行優(yōu)化控制。在電力系統(tǒng)中，該算法通常用于電網(wǎng)電壓控制、電力電

子器件等系統(tǒng)控制?；诜蔷€性模型的MPC算法通常應(yīng)用于多輸入多輸

出系統(tǒng)，建立非線性系統(tǒng)模型，通過狀態(tài)變換矩陣來優(yōu)化控制效果。在

電力系統(tǒng)中，該算法適用于電力電網(wǎng)的頻率控制、無功電壓控制、交流

系統(tǒng)等。

MPC在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是確保功率控制和電壓控制等問題，

例如，控制逆變器產(chǎn)生的無功功率，通過MPO算法優(yōu)化設(shè)計(jì)控制器,在

衛(wèi)星通信領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，效果顯著。此外，MPC算法的魯棒性和

精度也成為電力系名褫、定性優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要因素。

三、靈敏度分析

靈敏度分析是一種系統(tǒng)分析技術(shù)，用于評估系統(tǒng)在輸入?yún)?shù)變化時

的響應(yīng)，可以衡量單個或多個參數(shù)變化對系統(tǒng)輸出的影響，通過對敏感

度的計(jì)算，可以快速找到影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)，以此優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。

靈敏度分析技術(shù)有很多，例如，局部敏感度分析（LHS）、全局敏感

度分析（Sobol）等。在電力系統(tǒng)中，靈敏度分析常用于分析電力系統(tǒng)參

數(shù)對電力負(fù)荷波動的響應(yīng)，對于減少故障和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意

義。

例如，在輸電線路的安全控制中，應(yīng)該分析故障類型和故障地點(diǎn)，

確定哪些受影響的線路和設(shè)備需要進(jìn)行緊急修復(fù)。在這種情況下，可對

電力系統(tǒng)進(jìn)行局部敏感度分析（LHS）和高級多參數(shù)故障分析，找到導(dǎo)致

故障的因素，并在發(fā)生故障時迅速采取相應(yīng)措施，避免電力系統(tǒng)的崩潰。

四、應(yīng)用場景

穩(wěn)定控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，在以下幾個方面有著

重要的作用。

L電能質(zhì)量控制

電能質(zhì)量控制是電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要任務(wù),涉及到電壓波動、電

流諧波等多種指標(biāo)。通過穩(wěn)態(tài)和動態(tài)控制，可對電力質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，保

證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和工作效率。

2.發(fā)電機(jī)控制

在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)控制是非常重要的一環(huán)，包括控制發(fā)電機(jī)的

輸出功率、電壓穩(wěn)定性、角度穩(wěn)態(tài)等。通過PID控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、

模型預(yù)測控制等方法，可對發(fā)電機(jī)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和動態(tài)控制，確保其穩(wěn)定和

安全運(yùn)行。

3.輸電線路控制

輸電線路是電力系統(tǒng)中不可缺少的一部分，其狀態(tài)和負(fù)荷的變化直

接影響著電能的流向和傳輸效率。通過靈敏度分析、模型預(yù)測控制等方

法，可對輸電線路的功率、電壓等進(jìn)行控制，避免過分負(fù)載和不足負(fù)載

等問題，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

4.電力電子控制

電力電子作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，承擔(dān)著重要的電力控制和傳

輸作用，例如，主動電力濾波器、電力電壓調(diào)節(jié)器等。通過模型預(yù)測控

制、PID控制等方法，可對電力電子進(jìn)行精細(xì)控制，提高電網(wǎng)電壓和功率

質(zhì)量等。

綜上所述,穩(wěn)定控制技術(shù)