用FACTS技術提高電力系統(tǒng)靜態(tài)負荷裕度能力

1、    用FACTS技術提高電力系統(tǒng)靜態(tài)負荷裕度能力     發(fā)布人：          周立         發(fā)布時間：2011-04-20     關鍵詞：              摘要：

2、60;    ·      摘 要:以連續(xù)潮流法為工具, 研究靜止無功補償器( SVC)、 靜止同步補償器( STATCOM)以及可控串聯(lián)電容器補償( TCSC ) 3 種柔性交流輸電( FACTS)器件對系統(tǒng)靜態(tài)負荷裕度提高能力的影響, 建立了 SVC、 STACTOM 和 TCSC用于潮流和穩(wěn)定分析的模型。介紹了用節(jié)點參與因子和支路參與因子作為指標, 選擇并聯(lián)補償設備和串聯(lián)補償設備最佳安裝地點的模態(tài)分析法。IEEE 14 節(jié)點系統(tǒng)實現(xiàn)的算例表明: 3 種裝置都可以提高系統(tǒng)靜態(tài)負荷裕度, 但影響程度不同。現(xiàn)代電力

3、系統(tǒng)中, 電壓崩潰事故與功角失穩(wěn)事故相比更具有突發(fā)性和隱蔽性 1 。近 20 年來, 世界上多次電壓崩潰性事故教訓, 使電壓穩(wěn)定這個長期被忽視的問題成為電力學術界廣泛關注的焦點。雖然國內(nèi)外學者對該課題已經(jīng)進行大量的研究, 但對于電壓失穩(wěn)機理、 分析方法、 穩(wěn)定指標和控制手段等問題還沒有很好的解決辦法。柔性交流輸電( FACTS)技術作為一種新興的技術, 由于具有快速靈活的控制能力, 對防止系統(tǒng)電壓崩潰有重要作用,已經(jīng)大量用于電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制, 但是不同F(xiàn)ACTS 裝置對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響程度還缺乏定論 2, 3 。本文以連續(xù)潮流法(CPF)為分析工具, 以鞍結(jié)分岔點標識的靜態(tài)負荷裕度為系

4、統(tǒng)電壓穩(wěn)定指標, 研究了靜止無功補償器( SVC)、 靜止同步補償器( STATCOM)以及可控串聯(lián)電容器補償( TCSC) 3種 FACTS 裝置對電壓穩(wěn)定指標的影響。1 FACTS 裝置模型1.1 SVC 模型用于控制電壓的典型 SVC 結(jié)構見圖 1。晶閘管控制電抗器( TCR)經(jīng)過一降壓變壓器與系統(tǒng)母線相聯(lián), 母線電壓 V被量測并與電壓參考值 Vref 相比較,所得的偏差信號送入控制模塊, 由控制模塊發(fā)出晶閘管的觸發(fā)信號。單純用于電壓控制的 SVC 控制器模型如圖 2所示。1.2 STATCOM模型STATCOM 的基本控制原理是通過控制 VSC環(huán)流器輸出電壓的幅值和相位, 達到保持母線

5、電壓恒定的目的。在準靜態(tài)運行時, 認為 VSC 輸出電壓和母線電壓同相位,因此換流器和系統(tǒng)之間不存在有功流動; 若 VSC 輸出電壓高于母線電壓, STATCOM向系統(tǒng)提供無功, 反之吸收無功。用于電壓控制的STATCOM 結(jié)構如圖 3 所示, STATCOM 控制器結(jié)構如圖 4 所示。1.3 TCSC 模型TCSC 通過平滑地改變串入線路中的電容(抗)量以達到控制的目的, 其電路結(jié)構如圖 5 所示。常見的 TCSC 的控制模式為定電抗控制, 即將 TCSC串入的電容(抗)保持在一定的設定值, 但這不同于普通的固定串聯(lián)補償器, TCSC 的電容(抗)設定值可根據(jù)情況靈活、 平滑地改變, 并且在

6、設定值的基礎上可加入附加信號, 以起到抑制次同步振蕩及提高系統(tǒng)阻尼等作用。TCSC 定阻抗控制結(jié)構如圖 6 所示。2 FACTS 裝置安裝地點選擇采用 FACTS 裝置提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性, 首先要選取 FACTS 裝置最佳安裝地點才能充分發(fā)揮FACTS 裝置的控制潛力, 最大限度提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。文獻4基于模態(tài)分析法, 提出了節(jié)點參與因子和支路參與因子的概念和計算方法, 以此作為并聯(lián)型、 串聯(lián)型 FACTS裝置最佳安裝地點選擇的依據(jù)。模態(tài)分析最初用于小干擾功角穩(wěn)定分析。Gao等最先將應用到電壓穩(wěn)定研究中 4 , 利用模態(tài)可預報電壓崩潰, 較準確地確定電壓穩(wěn)定裕度和功率傳輸極限, 辨識電壓穩(wěn)定

7、的薄弱點和易發(fā)生電壓失穩(wěn)的區(qū)域, 找出有效的校正控制方式和控制地點。 P ! " Q=JP JP VJQ JQV! " ! " V( 1)式中: P 為節(jié)點注入有功功率的變化量向量; Q為節(jié)點注入無功功率的變化量向量; 為節(jié)點電壓相角的變化量向量; V 為節(jié)點電壓幅值的變化量向量。認為電壓幅值和無功強耦合而與有功弱耦合,令 P0, 則: V= J- 1R Q ( 2)式中: JR = JQV - JQJ- 1PJPV為簡化的 Jacobian 矩陣。由矩陣理論, JR 可以分解為:JR = J- 1R = - 1 ( 3)式中:為 JR 的左特征矩陣;為 JR 的

8、右特征矩陣;為 JR 的特征值對角矩陣。由此 $Vk$Qk=i% ki ik i( k 代表節(jié)點編號)可以判別系統(tǒng)各節(jié)點電壓穩(wěn)定性。根據(jù) Gao 的定義, 節(jié)點參與因子:Pki= ki ik ( 4)節(jié)點參與因子反映了節(jié)點 k 處、第 i 個特征根對電壓 - 無功靈敏度的作用。定義支路 j 對模態(tài) i 的參與因子為:Pji=支路 j 的 Qloss所有支路的 Qloss的最大值 ( 5)支路參與因子顯示在某個模態(tài)下, 無功負荷的增長使哪條支路消耗了最多無功功率。如果一條支路的參與因子較大, 表示該支路為弱連接或重負荷,可以通過其來確定適當?shù)男Ｕ刂拼胧? 以提高電壓穩(wěn)定性, 避免緊急情況的發(fā)生

9、。3 算例及分析4 結(jié)論( 1) SVC、 STATCOM 和 TCSC 均可有效延遲系統(tǒng)鞍結(jié)分岔點, 從而提高系統(tǒng)靜態(tài)負荷裕度。( 2) 并聯(lián)型補償裝置直接安裝于系統(tǒng)負荷側(cè), 可以就地補償無功, 在保證系統(tǒng)負荷裕度的前提下, 還可保證系統(tǒng)有較好的電壓水平。( 3) 相比 SVC, STATCOM 具有更好的電壓控制能力, 在系統(tǒng)接近崩潰點時仍可保持系統(tǒng)運行于較高的電壓水平。 因此, 不能單純的以系統(tǒng)較高電壓水平作為判斷系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的標準。如本文研究結(jié)論, 安裝 SVC 和 STATCOM 后, 系統(tǒng)有可能在較高電壓水平上發(fā)生電壓崩潰事故。 系統(tǒng)電壓穩(wěn)定應包含兩方面內(nèi)容, 即保持較高的電壓水平

10、和保持一定的電壓穩(wěn)定裕度。參考文獻:1 CANIZARES C A. IEEE-PES Voltage Stability Assessment (Con-cepts, Practices and Tools) R. 2002.2 劉大鵬, 唐國慶, 雷憲章, 等. 選擇最佳 TCSC 安裝地點提高電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性J. 電力系統(tǒng)自動化, 2002, 26( 3) : 16-19.3 顧 偉, 蔣 平, 唐國慶. SVC 控制引起的電壓振蕩失穩(wěn)研究J. 中國電力, 2005, 38( 8) : 19-23.4 GAO B, MORISON G K, KUNDUR P. Voltage Stability Evalua-tion Using Modal AnalysisJ. IEEE Transactions on Power Sys-tems. 1992, 7(