用FACTS技术提高电力系统静态负荷裕度能力

1、    用FACTS技术提高电力系统静态负荷裕度能力     发布人：          周立         发布时间：2011-04-20     关键词：              摘要：

2、60;    ·      摘 要:以连续潮流法为工具, 研究静止无功补偿器( SVC)、 静止同步补偿器( STATCOM)以及可控串联电容器补偿( TCSC ) 3 种柔性交流输电( FACTS)器件对系统静态负荷裕度提高能力的影响, 建立了 SVC、 STACTOM 和 TCSC用于潮流和稳定分析的模型。介绍了用节点参与因子和支路参与因子作为指标, 选择并联补偿设备和串联补偿设备最佳安装地点的模态分析法。IEEE 14 节点系统实现的算例表明: 3 种装置都可以提高系统静态负荷裕度, 但影响程度不同。现代电力

3、系统中, 电压崩溃事故与功角失稳事故相比更具有突发性和隐蔽性 1 。近 20 年来, 世界上多次电压崩溃性事故教训, 使电压稳定这个长期被忽视的问题成为电力学术界广泛关注的焦点。虽然国内外学者对该课题已经进行大量的研究, 但对于电压失稳机理、 分析方法、 稳定指标和控制手段等问题还没有很好的解决办法。柔性交流输电( FACTS)技术作为一种新兴的技术, 由于具有快速灵活的控制能力, 对防止系统电压崩溃有重要作用,已经大量用于电力系统电压稳定控制, 但是不同FACTS 装置对系统电压稳定性的影响程度还缺乏定论 2, 3 。本文以连续潮流法(CPF)为分析工具, 以鞍结分岔点标识的静态负荷裕度为系

4、统电压稳定指标, 研究了静止无功补偿器( SVC)、 静止同步补偿器( STATCOM)以及可控串联电容器补偿( TCSC) 3种 FACTS 装置对电压稳定指标的影响。1 FACTS 装置模型1.1 SVC 模型用于控制电压的典型 SVC 结构见图 1。晶闸管控制电抗器( TCR)经过一降压变压器与系统母线相联, 母线电压 V被量测并与电压参考值 Vref 相比较,所得的偏差信号送入控制模块, 由控制模块发出晶闸管的触发信号。单纯用于电压控制的 SVC 控制器模型如图 2所示。1.2 STATCOM模型STATCOM 的基本控制原理是通过控制 VSC环流器输出电压的幅值和相位, 达到保持母线

5、电压恒定的目的。在准静态运行时, 认为 VSC 输出电压和母线电压同相位,因此换流器和系统之间不存在有功流动; 若 VSC 输出电压高于母线电压, STATCOM向系统提供无功, 反之吸收无功。用于电压控制的STATCOM 结构如图 3 所示, STATCOM 控制器结构如图 4 所示。1.3 TCSC 模型TCSC 通过平滑地改变串入线路中的电容(抗)量以达到控制的目的, 其电路结构如图 5 所示。常见的 TCSC 的控制模式为定电抗控制, 即将 TCSC串入的电容(抗)保持在一定的设定值, 但这不同于普通的固定串联补偿器, TCSC 的电容(抗)设定值可根据情况灵活、 平滑地改变, 并且在

6、设定值的基础上可加入附加信号, 以起到抑制次同步振荡及提高系统阻尼等作用。TCSC 定阻抗控制结构如图 6 所示。2 FACTS 装置安装地点选择采用 FACTS 装置提高系统电压稳定性, 首先要选取 FACTS 装置最佳安装地点才能充分发挥FACTS 装置的控制潜力, 最大限度提高系统电压稳定性。文献4基于模态分析法, 提出了节点参与因子和支路参与因子的概念和计算方法, 以此作为并联型、 串联型 FACTS装置最佳安装地点选择的依据。模态分析最初用于小干扰功角稳定分析。Gao等最先将应用到电压稳定研究中 4 , 利用模态可预报电压崩溃, 较准确地确定电压稳定裕度和功率传输极限, 辨识电压稳定

7、的薄弱点和易发生电压失稳的区域, 找出有效的校正控制方式和控制地点。 P ! " Q=JP JP VJQ JQV! " ! " V( 1)式中: P 为节点注入有功功率的变化量向量; Q为节点注入无功功率的变化量向量; 为节点电压相角的变化量向量; V 为节点电压幅值的变化量向量。认为电压幅值和无功强耦合而与有功弱耦合,令 P0, 则: V= J- 1R Q ( 2)式中: JR = JQV - JQJ- 1PJPV为简化的 Jacobian 矩阵。由矩阵理论, JR 可以分解为:JR = J- 1R = - 1 ( 3)式中:为 JR 的左特征矩阵;为 JR 的

8、右特征矩阵;为 JR 的特征值对角矩阵。由此 $Vk$Qk=i% ki ik i( k 代表节点编号)可以判别系统各节点电压稳定性。根据 Gao 的定义, 节点参与因子:Pki= ki ik ( 4)节点参与因子反映了节点 k 处、第 i 个特征根对电压 - 无功灵敏度的作用。定义支路 j 对模态 i 的参与因子为:Pji=支路 j 的 Qloss所有支路的 Qloss的最大值 ( 5)支路参与因子显示在某个模态下, 无功负荷的增长使哪条支路消耗了最多无功功率。如果一条支路的参与因子较大, 表示该支路为弱连接或重负荷,可以通过其来确定适当的校正控制措施, 以提高电压稳定性, 避免紧急情况的发生

9、。3 算例及分析4 结论( 1) SVC、 STATCOM 和 TCSC 均可有效延迟系统鞍结分岔点, 从而提高系统静态负荷裕度。( 2) 并联型补偿装置直接安装于系统负荷侧, 可以就地补偿无功, 在保证系统负荷裕度的前提下, 还可保证系统有较好的电压水平。( 3) 相比 SVC, STATCOM 具有更好的电压控制能力, 在系统接近崩溃点时仍可保持系统运行于较高的电压水平。 因此, 不能单纯的以系统较高电压水平作为判断系统电压稳定的标准。如本文研究结论, 安装 SVC 和 STATCOM 后, 系统有可能在较高电压水平上发生电压崩溃事故。 系统电压稳定应包含两方面内容, 即保持较高的电压水平

10、和保持一定的电压稳定裕度。参考文献:1 CANIZARES C A. IEEE-PES Voltage Stability Assessment (Con-cepts, Practices and Tools) R. 2002.2 刘大鹏, 唐国庆, 雷宪章, 等. 选择最佳 TCSC 安装地点提高电力系统电压稳定性J. 电力系统自动化, 2002, 26( 3) : 16-19.3 顾 伟, 蒋 平, 唐国庆. SVC 控制引起的电压振荡失稳研究J. 中国电力, 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(