用FACTS技術(shù)提高電力系統(tǒng)靜態(tài)負(fù)荷裕度能力

1、用FACTS技術(shù)提高電力系統(tǒng)靜態(tài)負(fù)荷裕度能力 發(fā)布人： 周立 發(fā)布時(shí)間：2011-04-20 關(guān)鍵詞： 摘要： 摘 要:以連續(xù)潮流法為工具, 研究靜止無功補(bǔ)償器( SVC)、 靜止同步補(bǔ)償器( STATCOM)以及可控串聯(lián)電容器補(bǔ)償( TCSC ) 3 種柔性交流輸電( FACTS)器件對系統(tǒng)靜態(tài)負(fù)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(diǎn)參與因子和支路參與因子作為指標(biāo), 選擇并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備和串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備最佳安裝地點(diǎn)的模態(tài)分析法。IEEE 14 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的算例表明: 3 種裝置都可以提高系統(tǒng)靜態(tài)負(fù)荷裕度, 但影響程度不同?，F(xiàn)代

2、電力系統(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(xùn), 使電壓穩(wěn)定這個(gè)長期被忽視的問題成為電力學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。雖然國內(nèi)外學(xué)者對該課題已經(jīng)進(jìn)行大量的研究, 但對于電壓失穩(wěn)機(jī)理、 分析方法、 穩(wěn)定指標(biāo)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(shù)作為一種新興的技術(shù), 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(diǎn)標(biāo)識的靜態(tài)負(fù)荷裕度

3、為系統(tǒng)電壓穩(wěn)定指標(biāo), 研究了靜止無功補(bǔ)償器( SVC)、 靜止同步補(bǔ)償器( STATCOM)以及可控串聯(lián)電容器補(bǔ)償( TCSC) 3種 FACTS 裝置對電壓穩(wěn)定指標(biāo)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(gòu)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(dá)到保持

4、母線電壓恒定的目的。在準(zhǔn)靜態(tài)運(yùn)行時(shí), 認(rèn)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(dòng); 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(gòu)如圖 3 所示, STATCOM 控制器結(jié)構(gòu)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(dá)到控制的目的, 其電路結(jié)構(gòu)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(shè)定值, 但這不同于普通的固定串聯(lián)補(bǔ)償器, TCSC 的電容(抗)設(shè)定值可根據(jù)情況靈活、 平滑地改變, 并

5、且在設(shè)定值的基礎(chǔ)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(gòu)如圖 6 所示。2 FACTS 裝置安裝地點(diǎn)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(diǎn)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(xiàn)4基于模態(tài)分析法, 提出了節(jié)點(diǎn)參與因子和支路參與因子的概念和計(jì)算方法, 以此作為并聯(lián)型、 串聯(lián)型 FACTS裝置最佳安裝地點(diǎn)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(yīng)用到電壓穩(wěn)定研究中 4 , 利用模態(tài)可預(yù)報(bào)電壓崩潰, 較準(zhǔn)確地確定電壓穩(wěn)定裕度和功率傳輸極限, 辨識電壓

6、穩(wěn)定的薄弱點(diǎn)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(diǎn)。 P ! Q=JP JP VJQ JQV! ! V( 1)式中: P 為節(jié)點(diǎn)注入有功功率的變化量向量; Q為節(jié)點(diǎn)注入無功功率的變化量向量; 為節(jié)點(diǎn)電壓相角的變化量向量; V 為節(jié)點(diǎn)電壓幅值的變化量向量。認(rèn)為電壓幅值和無功強(qiáng)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?yán)碚? JR 可以分解為:JR = J- 1R = - 1 ( 3)式中:為 JR 的左特征矩陣;為 JR 的右特征矩陣;為 JR 的特征值對角矩陣

7、。由此 $Vk$Qk=i% ki ik i( k 代表節(jié)點(diǎn)編號)可以判別系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定性。根據(jù) Gao 的定義, 節(jié)點(diǎn)參與因子:Pki= ki ik ( 4)節(jié)點(diǎn)參與因子反映了節(jié)點(diǎn) k 處、第 i 個(gè)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(gè)模態(tài)下, 無功負(fù)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(fù)荷,可以通過其來確定適當(dāng)?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。3 算例及分析3.1 算例本文采用

8、IEEE 14 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)算例, 如圖 7 所示。該系統(tǒng)含有 5 臺發(fā)電機(jī), 系統(tǒng)具有良好的初始運(yùn)行狀態(tài)。3.2 分析3.2.1 并聯(lián)補(bǔ)償裝置最佳安裝地點(diǎn)選擇( 1) 求取當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn) JR 的所有特征根 i其最小特征根(主導(dǎo)特征根)為 min = 0.371 55( 2) 求取節(jié)點(diǎn)參與因子 Pki最小特征根為 min = 0.371 55圖 8 中的結(jié)果表明, 負(fù)荷節(jié)點(diǎn) 14 的參與因子最大, P14i=0.565 56。因此, 并聯(lián)型電壓補(bǔ)償裝置的最佳安裝地點(diǎn)為 14 號負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。3.2.2 串聯(lián)補(bǔ)償裝置最佳安裝地點(diǎn)選擇線路 2-3 的支路參與因子最大, 因此可選擇線路 2-3 為最佳的 TC

9、SC 的安裝地點(diǎn)。TCSC 串入線路的電抗為- j0.05(標(biāo)幺值)。3.2.3 連續(xù)潮流法計(jì)算結(jié)果比較本文旨在研究各種 FACTS 裝置對系統(tǒng)靜態(tài)負(fù)荷裕度的影響。圖 9 給出了安裝 FACTS 裝置前原系統(tǒng)的 PV 曲線; 圖 10 給出了在 14 號節(jié)點(diǎn)安裝 1臺 SVC 后系統(tǒng) PV 曲線; 圖 11 為在 14 號節(jié)點(diǎn)安裝1 臺 STATCOM 后系統(tǒng)的 PV 曲線; 圖 12 為系統(tǒng)2-3 線路中安裝 1 臺 TCSC 后系統(tǒng) PV 曲線。4 結(jié)論( 1) SVC、 STATCOM 和 TCSC 均可有效延遲系統(tǒng)鞍結(jié)分岔點(diǎn), 從而提高系統(tǒng)靜態(tài)負(fù)荷裕度。( 2) 并聯(lián)型補(bǔ)償裝置直接安裝

10、于系統(tǒng)負(fù)荷側(cè), 可以就地補(bǔ)償無功, 在保證系統(tǒng)負(fù)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(diǎn)時(shí)仍可保持系統(tǒng)運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)包含兩方面內(nèi)容, 即保持較高的電壓水平和保持一定的電壓穩(wěn)定裕度。參考文獻(xiàn):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(diǎn)提高電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性J. 電力系統(tǒng)自動(dòng)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, 20