對含F(xiàn)ACTS元件的電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算與控制

許景毓

(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,北京 102206)

對含F(xiàn)ACTS元件的電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算與控制

許景毓

(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,北京 102206)

社會(huì)在發(fā)展,科技在進(jìn)步,與每一個(gè)人的生活都息息相關(guān)的電力這一行業(yè)也在突飛猛進(jìn)的發(fā)展。伴隨著現(xiàn)在快節(jié)奏生活對電力各方面的需求越來越大,柔性交流輸電技術(shù)正在慢慢地占據(jù)主流。柔性交流輸電裝置能對電力系統(tǒng)進(jìn)行靈活、快速的控制,提高電網(wǎng)的輸電能力,增強(qiáng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性,使電力系統(tǒng)正朝著較高可控性的方向發(fā)展。建立相應(yīng)的、正確且合適的穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算模型是對各種FACTS裝置研究和控制的基礎(chǔ)。本文在這種情況下,構(gòu)建模型對含F(xiàn)ACTS元件的電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算與控制。

FACTS元件 電力系統(tǒng)潮流 計(jì)算

1 前言

全球的電力事故時(shí)有發(fā)生,因電力事故造成的損失難以估計(jì),如果想要把一損失降到最低,就必須在安全用電的基礎(chǔ)上將這一過程中出現(xiàn)的問題各個(gè)擊破！國際上現(xiàn)在已經(jīng)把靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)作為一個(gè)重要課題在研究,其通過先進(jìn)的科學(xué)手段,利用數(shù)碼信息與機(jī)械的相互交叉滲透,巧妙的對電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各個(gè)方面和環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)控,不但能有效的防止各種電力事故的發(fā)生,減少因電力事故而造成的損失,而且使輸電的效率有了一個(gè)質(zhì)和量的飛躍,因此找到一個(gè)能正確有效的使用前面元件的途徑在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中起著舉足輕重的作用。

2 對FACTS元件穩(wěn)態(tài)潮流模型的構(gòu)建

2.1 構(gòu)建原則

一個(gè)FACTS元件的穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算模型和算法應(yīng)該具有良好的有效性,這具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)模型是否直觀且物理概念清晰,能否準(zhǔn)確反映FACTS元件對系統(tǒng)的影響；(2)模型是否精確；(3)采用該模型和算法進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)的速度和收斂性能；(4)模型的通用性,即是否適合多種FACTS元件的建模；(5)是否容易嵌入已有的潮流計(jì)算程序中,易于與傳統(tǒng)的潮流計(jì)算程序相結(jié)合而不必做較大的修改,便于編程實(shí)現(xiàn)。

模型可以有所不同,這個(gè)要特殊情況特殊對待,一個(gè)模型不可能適用于全部,所以這個(gè)沒有作為一個(gè)硬性要求。

2.2 UPFC等效電路

UPFC的基本工作原理由含中間直流環(huán)節(jié)的兩個(gè)背靠背的換流器組成。

根據(jù)圖1UPFC的原理結(jié)構(gòu)和功能,UPFC可以用圖所示的等值電路來表示。該等值電路適用于UPFC的串并聯(lián)支路中耦合變壓器的漏抗和電阻相對于輸電線路的阻抗較小的情況。通常情況下UPFC的損耗相對較小可以忽略,UPFC的串聯(lián)部分被等效為一個(gè)理想電壓源VS,UPFC的并聯(lián)部分被等效為一個(gè)理想電流源Ish。理想電壓源的幅值VS和相角θS可以控制,受UPFC的容量限制和系統(tǒng)安全穩(wěn)定的考慮,理想電壓源的幅值VS和相角θS運(yùn)行在以下約束限制的范圍內(nèi):VSmin≤VS≤VSmax,0≤θS≤2π。理想電流源Ish(Ish≤IN

sh,是換流器1的電流容量)也可控。這里的Ymk=Gmk+jBmk是節(jié)點(diǎn)m和k之間的線路導(dǎo)納。在圖中Ish被分解為兩個(gè)分量:一個(gè)是與UPFC并聯(lián)接入處的節(jié)點(diǎn)電壓Vm同相的分量IT,由換流器2與系統(tǒng)交換的有功功率和UPFC的損耗確定；另一個(gè)是與Vm正交的分量Iq,由它提供無功功率維持所在節(jié)點(diǎn)的電壓水平。對無功分量Iq,我們定義:當(dāng)Iq超前Vm90°時(shí)為正,滯后Vm90°時(shí)為負(fù)。對有功分量IT,我們定義:當(dāng)IT與Vm同相時(shí)為正,與Vm反相時(shí)為負(fù)。

忽略UPFC的損耗時(shí),換流器1從系統(tǒng)吸收的有功功率等于換流器2注入線路的有功功率,即滿足以下約束條件:

圖1 UPFC的等效電路圖

此約束表示UPFC既不吸收也不發(fā)出有功功率,所以在節(jié)點(diǎn)r處流經(jīng)線路的有功功率Prk等于Pmk:Pmk=Prk

設(shè)線路m－k上的潮流Pkm+jQkm被UPFC控制等于給定值PC+jQC。

于是含UPFC的線路有功、無功潮流如下:

3 對FACTS元件穩(wěn)態(tài)潮流模型的計(jì)算與控制

當(dāng)UPFC連接在線路m-k上節(jié)點(diǎn)m處時(shí),由UPFC的功率注入模型,含UPFC的電網(wǎng)潮流方程可列寫如下:

n是系統(tǒng)總的節(jié)點(diǎn)數(shù)。PGi、QGi是節(jié)點(diǎn)i的電源輸入功率,PLi、QLi是節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷需求功率。這里,

Yij=Gij+jBij是系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的相應(yīng)元素。因此修正方程式可以寫作:

不含UPFC時(shí)常規(guī)快速解偶法的修正方程式與這個(gè)公式是一樣的,系數(shù)矩陣B′和B′′與常規(guī)快速解偶法中的系數(shù)矩陣也是一樣的,因此UPFC的等效節(jié)點(diǎn)附加注入功率只是系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變量(節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角)和UPFC的控制變量VS、θS的函數(shù)。我門只要增加相應(yīng)的潮流方程和兩個(gè)狀態(tài)變量便能得出含UPFC的電網(wǎng)潮流分布的答案。因?yàn)橐?～2π變化的控制變量θS作為新增加的狀態(tài)變量而引起潮流計(jì)算的準(zhǔn)確性會(huì)降低,所以我們用PK(i≠j)和QK(i≠j)著兩個(gè)變量來計(jì)算。因?yàn)橹繩(i≠j)P和QK(i≠j)的值,所以我們一般情況下經(jīng)過計(jì)算就可以得到UPFC的控制參數(shù)VS和θS,進(jìn)而可以求出UPFC的其他等效節(jié)點(diǎn)附加注入功率PM(i≠j)、QM(i≠j)的值。其中:

因此,給定PK(i≠j)、QK(i≠j)和系統(tǒng)狀態(tài)變量(節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角)的初值,可以得到UPFC的其他等效節(jié)點(diǎn)附加注入功率和控制參數(shù)VS、θS的初值,通過式表示的主迭代過程可以求出系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變量的修正量,從而得到系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變量的新值,將系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變量的新值代入式表示的子迭代過程,又可以求得PK(i≠j)和QK(i≠j)的新值。如此交替迭代。

4 結(jié)語

想要更好的控制電力為人類服務(wù)就必須掌握有效的控制電力的方法,而靈活交流輸電系統(tǒng)恰好是一個(gè)方便有效的方法,所以準(zhǔn)確的掌握這一方法尤為重要,潮流計(jì)算作為掌握這一方法的基本途徑是重中之重,希望上面公式的計(jì)算可以給廣大電力研究工作者提供一些幫助,更希望因?yàn)檫@個(gè)公式計(jì)算而找到更加有效的控制電力的新方法。

[1]丁明,查軼美,李生虎.包含統(tǒng)一潮流控制器的概率潮流研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013(1).

[2]丁明,李生虎,黃凱.基于蒙特卡羅模擬的概率潮流計(jì)算[J].電網(wǎng)技術(shù),2001(11).

[3]吳捷,王建.基于UPFC的靈活交流輸電潮流控制計(jì)算[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2001(8).

[4]王仲鴻,沈斐,吳鐵錚.FACTS技術(shù)研究現(xiàn)狀及其在中國的應(yīng)用與發(fā)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2010(23).

[5]劉文華,梁旭,姜齊榮,羅承廉,劉遵義.采用GTO逆變器的±20Mvar STATCOM[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2000(23).

[6]陳菊明,梅生偉,劉鋒.多機(jī)系統(tǒng)TCSC多目標(biāo)H_∞控制器設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2000(21).