FACTS装置在电力系统中的应用.pdf

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1、 收稿日期:2007-09-12作者简介:王娟(1981),女,山西临汾人,硕士研究生,主要电力系统运行与控制研究.【电子与自动化】FACTS装置在电力系统中的应用王 娟,吉晏平(三峡大学 电气信息学院,湖北 宜昌 443002)摘要:介绍了含FACTS装置的电力系统潮流计算的基本方法.采用将FACTS装置有功和无功功率处理为与电压相关的负荷的方法,建立了含FACTS装置的电力系统潮流计算模型,给出了MAT2LAB求解方法.通过对IEEE14节点系统的范例计算,进而说明FACTS装置在电力系统中的稳定作用.关 键 词:FACTS;SVC;TCSC;MAT LAB;潮流计算中图分类号:TM721

2、 文献标识码:A文章编号:1671-0924(2007)10-0108-04Application of FACTS in Power SystemWANGJuan,JI Yan2ping(College of Electrical Engineering&Information Technology,China Three G orges University,Y ichang 443002,China)Abstract:This paper briefly introduces the basic methods of the power flower calculation of a p

3、ower systemcontaining FACTS equipments.A calculation model for a power system containing FACTS equipments isbuilt applying the method of regarding the active and reactive power FACTS equipments as the loads rele2vant to voltage,and the calculation method based on MAT LAB is also provided.It is prove

4、d that FACTS e2quipments play an important role in the stabilityof the power system based on the power flow calculation re2sults of IEEE14 bus system.Key words:FACTS;SVC;TCSC;MAT LAB;power flow calculation 潮流计算是电力系统规划、运行的基本研究方法,随着现代电力系统大系、强非线性与多元件特点的日益突出,其计算量与计算复杂度急剧增加.在处理潮流计算时,其计算机软件的速度已无法满足大电网模拟和实

5、时控制的仿真要求,高效的潮流问题相关软件的研究已成为大规模电力系统仿真计算的关键.随着计算机技术的不断发展和成熟,MAT LAB潮流计算的研究为快速、详细地解决大电网仿真技术问题开辟了新思路.随着电力电子技术、现代控制技术和通讯技术的发展,柔性交流输电装置(FACTS)越来越多地应用于各大电力系统中,使现代电力系统成为交流系统中含有FACTS装置的电力系统.含FACTS装置的电力系统的潮流计算与普通潮流计算的不第21卷 第10期Vol.21No.10重 庆 工 学 院 学 报(自然科学版)Journal of Chongqing Institute of Technology(Natural

6、Science Edition)2007年10月Oct.2007同之处在于它必须考虑FACTS装置带来的新的控制变量(扩展变量)和约束方程.含FACTS装置的电力系统的潮流计算方法可分为统一求解法和交替求解法2类.FACTS有多种控制运行方式,对于不同的控制运行方式,潮流计算过程也不同.在连续潮流计算过程中,FACTS的控制变量因达到极限而引起控制运行方式的不断切换1.对此,本文中采用了一种新的交流系统潮流算法,该方法克服了统一求解法和交替求解法的缺点,能有效处理控制方式间的切换.它的基本思想是将FACTS装置的有功和无功功率处理为与电压相关的负荷,从而建立了FACTS装置的混合电力系统潮流计

7、算模型,进行MAT LAB潮流计算.其中的FACTS装置包括静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)和可控串补偿器(Thyristor Controlled Series Compensa2tion,TCSC).计算中考虑了发电机有功功率和无功功率限制以及负荷电压静特性等因素.范例的仿真结果论证了FACTS装置在电力系统中所起的稳定性作用.1 潮流计算的数学模型电力系统潮流计算的基本方程:nj=1Yij?Uj=Pi-jQi?U3i,(i=1,2,3,n)nj=1Zij?Ij=Pi-jQi?U3i,(i=1,2,3,n)其中:Pi,Qi分别为节点i向网络注入的有功功

8、率和无功功率;?Uj为节点j的电压相量;?U3i为节点i的电压共轭相量;?Ij为节点j的电流相量;Yij为节点导纳矩阵;Zij为节点阻抗矩阵.2式各有n个非线性复数方程,对其作不同的应用和处理,就形成了不同的潮流计算方法.其中Newton2Laphson法收敛性好,是非线性方程数值求解的有效方法.该方法把非线性方程线性化,由于线性方程的系数矩阵在结构上是稀疏的非对称矩阵,结合稀疏矩阵技术可使计算机内存占用量大大减少,计算速度大大加快2.2FACTS装置的稳态数学模型2.1SVC的稳态模型通常情况下SVC经升压变压器接入所控制的高压母线1,如图1所示.图1 包括变压器的SVC模型 其稳态数学模型

9、可用下列方程描述:Vl=Vref+XSLISVCQSVC=VlISVCVk=Vl-ISVCXTBeVk+ISVC=0Be=-1pXCXLsin2-2+p(2-XLXC)其中:Vl为被控母线电压,Vk为所连接母线电压,Vref为被控母线参考电压,XSL为斜率电抗,ISVC为SVC的端电流,QSVC为SVC吸收的无功功率,XT为变压器电抗,Be为SVC的等值电纳,XL和XC分别为固定并联电感器和电容器的电抗,为晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled Reactance,TCR)的触发角.其模型实际上反映了SVC的电压-电流特性,即稳态运行规律如图2所示.图2SVC的稳态V-I特

10、性SVC的运行约束一般表示为触发角的约束,图3给出了被控母线电压Vl变化时SVC运行901王 娟,等:FACTS装置在电力系统中的应用方式的切换规律.其中:m和M分别为触发角的最小值和最大值,Vref为被控母线参考电压给定值.图3SVC约束处理2.2TCSC的稳态数学模型TCSC在可调运行状态下可等效为串联在输电线路中的可变电纳Be,如图4所示.TCSC的稳态数学模型可用下列方程式描述:图4TCSC的稳态模型Ql=-V2lBe+VlVmBecos(ql-qm)Qm=-V2mBe+VlVmBecos(ql-qm)Be=-p(k4x-2k2x+1)kc/XC(pk4xkc-pcoskc-2k4xa

11、kc+2k2cakc-k4xsin2kc+k2xsin2kc-4k3xcos2ks-4k2xcossink)其中:Vl,l,Pl,Ql,Vm,m,Pm和Qm分别为TCSC两端的交流母线电压、电压相角和吸收的有功、无功功率;XL和XC分别为固定并联电感器和电容器的电抗;kx=XC/XL;kC=coskx(p-a);ks=sinkx(p-a);Be为TCSC的等值电纳;为TCR的触发角.TCSC的运行约束一般也表示为触发角的约束.3 算例 为体现FACTS装置在电力系统中的作用,应用MAT LAB语言编写潮流计算程序4,对IEEE-14节点系统5(图5)进行潮流计算.图5IEEE14节点系统其潮流

12、计算结果如图6,图7所示.图6 潮流计算电压迭代曲线图7P-V曲线 加入FACTS装置后系统入图8所示.图8 加入FACTS装置系统011重 庆 工 学 院 学 报其潮流计算结果如图9、图10、图11所示.图9 加入FACTS装置电压迭代曲线图10 加入SVC后P-V曲线图11 加入TCSC后P-V曲线 由图6-11所示曲线可以看出,加入FACTS装置后,系统静态和动态的负荷极限都有所提高,并且电压曲线也得以改善,提高了系统的稳定性.4 结束语对FACTS技术的研究开始于21世纪80年代中期,其理论知识已相当成熟,但人们对FACTS装置的应用却持谨慎态度.由于其成本高、结构复杂,目前除了SVC

13、以外尚无批量生产.然而在电网潮流、稳定控制方面仍有其用武之地.参考文献:1 王锡凡,方万良,杜正春.现代电力系统分析M.北京:科学出版社,2003.2 夏道止.电力系统分析M.北京:中国电力出版社,2004.3 倪以信,陈寿孙,张宝霖.动态电力系统的理论和分析M.北京:清华大学出版社,2005.4刘卫国,陈昭平,张颖.MAT LAB程序设计与应用M.北京:高等教育出版社,2004.5Sameh Kamel,Mena K odsi.IEEE Student MemberClaudio AR.Canizares:IEEE Senior MemberModeling and Simula2tion of IEEE14 Bus System with FACTS Controllers,2003.(责任编辑 陈 松)111王 娟,等:FACTS装置在电力系统中的应用