facarlo电力系统可靠性的最优配置

facarlo电力系统可靠性的最优配置

1fact在电网运行中的应用

随着我国能源体制改革的启动，能源工业逐步放松了管道。电力市场的最终发展意味着，

用户可以从任何必要的电源中购买所需的能量。电力市场的形成，导致了巨大的社会效益,

但由于电力公司间的竞争以及在发电商和用户之间直接签定的购电合同将会使无计划的电

力交换频繁发生，若这些交换不能得到有效控制，在某些输电路径上可能出现“输电阻

塞”，而其他一些线路可能仍有较大的剩余容量可供利用，因此输电系统的整个输电容量

没能得到充分利用；除了“输电阻塞”外，某些母线还可能出现电压越限，这将严重影响

用户的电压质量，特别在系统发生故障时更是如此。在另一方面，电力负荷持续增长，而

输电系统中的某曲线路已经接近其运行的热极限。因此对于电力公司来说，通过控制电力

潮流使输电系统得到充分有效利用非常具有吸引力，这样的措施对于独立系统运行员

（ISO）保证发电商间最大程度的竞争也非常重要。灵活交流输电系统FACTS的出现，使得

除了发电机组的重新调度和网络拓扑改变外，提供了进行潮流控制的一种新手段，为现存

输电系统容量的充分利用提供了新的机会，它使用FACTS元件来控制线路潮流的自然分布,

能在输电设备的热极限不被超过的前提下，使系统网损最小，稳定裕度增加以及在不违背

经济发电调度的情况下就能满足合同要求

静止无功补偿器（SVC）利移相器（PST）是两种重要的FACTS设备。SVC主要为系统遑供

无功支持从而改善系统的电压稳定，避免由于母线电压过低而被迫切负荷;PST通过调整其

移相角，可以强迫过负荷线路的潮流沿着其他路径流动，从而缓解甚至完全消除线路过负

荷，因此SVC和PST能够有效地改善系统可靠性。由于SVC和PST是比较昂贵的电力电子

设备，实现它们的最优配置具有重要的经济意义。在已有的文献中，对FACTS元件的最优

配置往往采取确定性的方法，例如遗传算法

2静态补偿补偿器和位移检测器模型

2.1无功吸收无功

静止无功补偿器的模型如组1所示，具有两个特性，即容性和感性，它一方面可以发出无

功，另一方面可以吸收无功。此静止无功补偿器模型用两个理想的可切换电容器和电抗器

并联而成，能在范围［Q

2.2节点导纳矩阵的生成

图2中，一个移相器连接于节点f和节点t之间并且靠近节点f端，T为变压比，Y

式（5）表示节点1和I之间的节点导纳矩阵，PST的存在会使节点导纳矩阵变得不再对称,

根据式（5）可以推导出式（6）〜式（8）

式（6）表示节点f和t的注入复电流对移相角a的导数，式（7）表示节点f和t的注

入复功率对移相角a的导数，式（8）表示节点f和t的注入有功和注入无功对移相角a

的导数，其中符号（）

3负荷削减量c

发输电系统的可靠性评估包括三个方面：系统状态选取;系统状态的潮流计算和最优负荷削

减;可靠性指标的累计。其中最优负荷削减是最重要最复杂的部分，在大多数文献中

优化目标：minLC

LC表示系统的负荷削减量（LoadCurtailment）。

有功等式约束

无功等式约束

电压不等式约束

发电机有无功出力不等式均束

输电线可输送容量不等式均束

移相角及SVC出力不等式约束

上面表达式中，由于PST的存在，将导致节点导纳矩阵的实部G

根据Kuhn-Tucker定理，在最优点x&处下式成立

其中u

在式（10）中，拉格朗日乘子u

（1）u

（2）u

由上述可见，这两种拉格朗日乘子从某种意义上表示了在该处安装移相器或SVC时对系统

可靠性的影响，为此本文定义了两种灵敏度指标

在式（11）和式（12）中，SI

4基于pst的系统稳定性评估

本文的方法在RBTS(RoyBillintonTestSystem)

由表2和表3可见，节点4的灵敏度指标最大，这表示在节点4安装SYC能够最大限度地

减少系统的期望负荷削减：因此也能最大限度地提高系统的可靠性;从表2可以看出，由

于线路1、6,线路2、7是并联双回线，因此其灵敏度指标相等，另外线路9的灵敏度指

标为0,这是由于线路9未与其他任何线路构成环路，在其上安装移相器不会起到改变潮

流自然分布的作用；此外在表3中，各节点SVC感性容量对应的灵敏度指标都为0,而SVC

容性容量对应的灵敏度指标却较大(大大高于线路的灵敏度指标)，这意味着该发输电系

统不会出现无功过剩和节点电压越上限的情况，引起系统负荷削减的主要原因是由于故障

情况下各节点电压越下限，由此可见，对原始系统进行改进时，首先应在节点4上安装一

台SVC,且在正常运行时只需要容性补偿容量，对各节点和各线路分别安装SVC和PST后

的系统进行可靠性评估，其计算结果也验证了这一点，限于篇幅，只将节点4上安装一台

SVC后的可靠性指标及线路和节点灵敏度指标在表4和表5中列出。

比较表1和表4可见，在节点4安装SVC后，系统可靠性得到了很大提高;从表5可看出，

在节点4安装SVC后的节点和线路灵敏度指标中，线路3的指标最高，这表明要使系统可

靠性得到进一步改善，应该在线路3上再安装一台PST;另外，从表4可看出，系统的

L0LP仍然较大，这是由于在很多系统故障状态下，仅在各发电机组和SVC的出力调整并不

能完全消除背离的运行约束(特别是线路过负荷)，虽然通过它们可使系统的负荷削减量

有大幅度减少，但要将系统恢复到稳态运行，还必须进行少量负荷削减，例如线路1故障,

未安装SVC时，负荷削减量为10.796MW,节点4安装SVC后为0.0359MW,如果线路3上

再安装PST,则负荷削减为0。由此可见，系统FACTS元件的最优配置，应该是在节点4

安装SVC,而在线路3安装PST,本文将这一改进后的系统称为增强型系统，其可靠性指

标如表6所示。在另一种极端情况下，是所有线路都安装PST,所有节点都安装SVC,其

可靠性指标如表7所示，它只比表6有微小改善，这也证明增强型系统已经是一种实际的

最优配置方式。

比较表1和表6可见，增强型系统的可靠性大大高于原始系统，这种改善主要体现在对输

电网络的增强上，由此使得输电系统故障和组合故障时的LOLP、LOLF、EENS和系统分等

指标都大幅度减小，导致系统可靠性指标得到显著改善。可以预见，随着系统峰荷的增加,

输电网络在满足静态安全约束的情况下将电能从电源点输送到负荷点的困难将越来越大，

这种改善作用也将更加明显，图4表示将发电容量和系统峰荷都按比例增加时，原始系统

和增强型系统L0LP和系统分SU的变化情况。从图4可以看出，随着峰荷增大，特别是增

加到1.25倍时，原始系统的可靠性恶化到不能接受的地步(L0LP:0.2064;SM:2797.6),

而增强型系统却依然维持很好的性能(L0LP:0.0144;SM:559.23),这证明了SYC和PST

对系统可靠性的改善起到了至关重要的作用。

5应用稳定性指标的方法，实现从根本上保护好系统的可靠性，并使用

户的动物系统设置起了最优负荷的最优装置和移相器的最优设计方案

的动物提取液

静止无功补偿器和移相器作为重要的FACTS元件，对系统可靠性有重