含TCSC電力系統(tǒng)可靠性非同調(diào)分析

李生虎，于麗萍，董王朝

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含TCSC電力系統(tǒng)可靠性非同調(diào)分析

李生虎，于麗萍，董王朝

(合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院, 安徽 合肥 230009)

判別非同調(diào)元件及其參數(shù)，有助于改善電力系統(tǒng)可靠性。計及可控串補(bǔ)及其旁路斷路器，建立可控串補(bǔ)線路三狀態(tài)模型，繼而建立含串補(bǔ)線路電力系統(tǒng)可靠性解析模型。從串補(bǔ)線路輸電能力和系統(tǒng)失負(fù)荷概率兩個角度，分析可靠性參數(shù)非同調(diào)和元件非同調(diào)，定義同調(diào)裕度，推導(dǎo)非同調(diào)臨界條件。量化了補(bǔ)償度、可靠性參數(shù)、系統(tǒng)負(fù)荷水平、串補(bǔ)線路載荷約束對非同調(diào)的影響。算例結(jié)果表明：可控串補(bǔ)或斷路器不可用率大于臨界值時系統(tǒng)非同調(diào)；補(bǔ)償度越小、負(fù)荷水平越低、串補(bǔ)線路載荷約束范圍越寬，系統(tǒng)非同調(diào)越容易發(fā)生；相比可控串補(bǔ)，斷路器故障更易使系統(tǒng)非同調(diào)。

可靠性非同調(diào)；可控串補(bǔ)；同調(diào)裕度；臨界非同調(diào)；斷路器

0 引言

電力系統(tǒng)可靠性非同調(diào)現(xiàn)象，可從兩個角度予以描述。首先是元件非同調(diào)與可靠性參數(shù)非同調(diào)，前者指投入(退出)元件會降低(提高)系統(tǒng)可靠性；后者指元件可用率增加(降低)會降低(提高)系統(tǒng)可靠性。其次是絕對非同調(diào)和條件非同調(diào)，前者意味著在任何情況下元件對系統(tǒng)可靠性都起負(fù)面作用，一般在規(guī)劃設(shè)計階段已經(jīng)避免；后者指在特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行參數(shù)和擾動下，才會出現(xiàn)可靠性非同調(diào)。

辨別非同調(diào)元件及非同調(diào)參數(shù)，對提高系統(tǒng)可靠性有積極作用。文獻(xiàn)[1]提到非同調(diào)現(xiàn)象。文獻(xiàn)[2]提出發(fā)電系統(tǒng)中不存在非同調(diào)，而發(fā)輸電系統(tǒng)和配電網(wǎng)可能出現(xiàn)。文獻(xiàn)[3-4]給出可靠性非同調(diào)示例，證實非同調(diào)現(xiàn)象。文獻(xiàn)[5]分析了配網(wǎng)非同調(diào)，提出考慮開關(guān)故障的配網(wǎng)可靠性評估分塊算法，分析了元件經(jīng)濟(jì)性及可靠性參數(shù)、負(fù)荷對非同調(diào)的影響。文獻(xiàn)[6]研究多回線路非同調(diào)，推導(dǎo)非同調(diào)臨界負(fù)荷，用非同調(diào)概率、頻率及時間來描述非同調(diào)程度。文獻(xiàn)[7]研究配電站典型接線非同調(diào)，用非同調(diào)概率、頻率及電量來量化，分析負(fù)荷和可靠性參數(shù)對非同調(diào)的影響。文獻(xiàn)[8]采用相關(guān)性分析探討發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性非同調(diào)元件辨識。

可控串補(bǔ)(thyristor controlled series capacitor, TCSC)是柔性交流輸電(flexible AC transmission system, FACTS)設(shè)備的一種，用于提高輸電容量、降低網(wǎng)損、改善穩(wěn)定性、抑制低頻振蕩和次同步諧振[9-11]，改善系統(tǒng)可靠性。文獻(xiàn)[12-13]分別將FACTS設(shè)備用于電壓調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償。文獻(xiàn)[14-15]利用FACTS 提高川渝和新疆電網(wǎng)輸電能力。文獻(xiàn)[16]考慮負(fù)荷和發(fā)電機(jī)出力不確定性，結(jié)合靈敏度與蒙特卡羅仿真，以輸電能力和收益最大為目標(biāo)，優(yōu)化TCSC安裝位置和容量。文獻(xiàn)[17-19]分別利用連續(xù)潮流法、改進(jìn)粒子群法、免疫算法，從輸電能力角度對TCSC進(jìn)行優(yōu)化配置。但是文獻(xiàn)[14-19]沒有考慮FACTS自身可靠性及系統(tǒng)可靠性。文獻(xiàn)[20]研究了柔性輸電設(shè)備短期可靠性，但沒有研究其對電力系統(tǒng)可靠性的影響。文獻(xiàn)[21]從可靠性成本/效益角度對FACTS安裝位置和容量進(jìn)行優(yōu)化，但是沒有考慮FACTS本身故障。文獻(xiàn)[22]對含F(xiàn)ACTS系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評估以優(yōu)化FACTS安裝位置。文獻(xiàn)[23]采用容量靈敏度啟發(fā)式算法對FACTS進(jìn)行優(yōu)化配置，TCSC故障旁路后線路繼續(xù)運(yùn)行，沒有考慮斷路器故障。文獻(xiàn)[24]基于TCSC結(jié)構(gòu)和故障模式，考慮時變故障率，評估含TCSC電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險，假設(shè)開關(guān)完全可靠。文獻(xiàn)[25]研究TCSC接入系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，但未提到TCSC及其旁路斷路器可靠性。文獻(xiàn)[26]建立4模塊TCSC的6狀態(tài)模型，考慮了開關(guān)故障，在雙回線路輸電系統(tǒng)上進(jìn)行了評估。文獻(xiàn)[27]在文獻(xiàn)[26]基礎(chǔ)上完善了狀態(tài)空間，建立了含4模塊TCSC線路簡化可靠性模型。

如果TCSC及其旁路斷路器經(jīng)常故障，可能會造成電力系統(tǒng)可靠性非同調(diào)，但是目前還未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究成果。本文針對含TCSC電力系統(tǒng)，把TCSC等效為等值電抗與輸電線路串聯(lián)，考慮旁路斷路器與TCSC并聯(lián)，串補(bǔ)線路采用正常運(yùn)行、TCSC被旁路線路恢復(fù)運(yùn)行、串補(bǔ)線路退出的三狀態(tài)模型，計及其他元件隨機(jī)故障，用解析法求取串補(bǔ)線路載荷期望值和電力系統(tǒng)失負(fù)荷概率(Loss of Load Probability, LOLP)，對TCSC和斷路器不可用率靈敏度進(jìn)行了同調(diào)分析，定義同調(diào)裕度，分析非同調(diào)條件，推導(dǎo)臨界非同調(diào)時TCSC和斷路器不可用率。算例分析驗證了算法的正確性和應(yīng)用價值。

1 含TCSC電力系統(tǒng)可靠性模型

含可控串補(bǔ)電力系統(tǒng)見圖1，TCSC等效為等值電抗TCSC，串聯(lián)在輸電線路m-n中，mn為線路阻抗。TCSC故障時，可通過斷路器(circuit breaker, CB)將TCSC旁路，線路恢復(fù)正常運(yùn)行。

1.1 元件可靠性模型

設(shè)系統(tǒng)共有個元件，除串補(bǔ)線路以外元件采用正常和停運(yùn)兩狀態(tài)模型，可用率和不可用率分別為

(2)

式中：、、、分別表示可用率、不可用率、故障率、修復(fù)率；表示元件狀態(tài)的離散變量，取值1和0分別表示元件正常運(yùn)行和故障停運(yùn)；表示電力系統(tǒng)中第個元件。

圖1含TCSC電力系統(tǒng)簡化圖

取串補(bǔ)線路為第個元件，考慮TCSC、CB、線路隨機(jī)故障，將串補(bǔ)線路分為三種運(yùn)行方式：1為TCSC和線路正常運(yùn)行；2為TCSC故障后被CB旁路，線路恢復(fù)運(yùn)行；3為TCSC故障且CB故障，或線路故障，串補(bǔ)線路退出運(yùn)行。建立串補(bǔ)線路三狀態(tài)模型見圖2，狀態(tài)概率為

(4)

(5)

式中：表示狀態(tài)概率；T、C、L分別表示TCSC、CB、安裝TCSC的線路。

圖2 串補(bǔ)線路的三狀態(tài)模型

1.2 含TCSC電力系統(tǒng)可靠性的解析模型

用串補(bǔ)線路載荷期望值表征串補(bǔ)線路輸電能力大小，用LOLP表征系統(tǒng)可靠性優(yōu)劣。采用狀態(tài)枚舉法，枚舉系統(tǒng)故障狀態(tài)，將所有枚舉系統(tǒng)狀態(tài)下的串補(bǔ)線路電流值(模值)概率加權(quán)，將所有枚舉系統(tǒng)狀態(tài)下LOLP累加，得到串補(bǔ)線路載荷期望值以及系統(tǒng)LOLP。按照串補(bǔ)線路三種運(yùn)行方式對其進(jìn)行分解，解析表達(dá)如下：

(7)

(8)

(10)

(11)

式中：為電流值；表示期望值；為系統(tǒng)故障狀態(tài)，表示系統(tǒng)故障狀態(tài)集合；表示不同系統(tǒng)狀態(tài)下除串補(bǔ)線路外其他元件狀態(tài)概率與串補(bǔ)線路電流值乘積之和；取0時系統(tǒng)正常，取1時故障；表示除串補(bǔ)線路以外的元件故障導(dǎo)致系統(tǒng)失負(fù)荷概率之和。

2 含TCSC電力系統(tǒng)的非同調(diào)分析

2.1 TCSC和CB可靠性參數(shù)非同調(diào)分析

一般需要充分利用容性TCSC提高線路輸電能力，1>2，由式(3)、式(4)和式(6)得串補(bǔ)線路載荷期望值對T、C靈敏度-L(1-C2)<0、-TL2<0。T、C越大，()越小，關(guān)于TCSC和CB可靠性參數(shù)同調(diào)。

由式(3)、式(4)及式(9)~式(12)得LOLP對T、C靈敏度為?LOLP/?T、?LOLP/?C。系數(shù)1~3與系統(tǒng)故障惡劣情況相關(guān)，設(shè)方式3比方式1更惡劣，即3>1；方式3不會優(yōu)于方式2，即3≥2；方式2不會優(yōu)于方式1，即2≥1。分三種情況：(1)3>2>1，?LOLP/?T>0且?LOLP/?C>0，同調(diào)；(2)3=2>1，?LOLP/?T>0同調(diào)，?LOLP/?C=0與C無關(guān)；(3)3>2=1，?LOLP/?T>0且?LOLP/?C>0，同調(diào)。因此，串補(bǔ)線路載荷期望和系統(tǒng)LOLP關(guān)于TCSC和CB可靠性參數(shù)同調(diào)。

2.2 TCSC和CB元件非同調(diào)分析

1) 以串補(bǔ)線路載荷期望為依據(jù)

安裝TCSC前線路載荷期望值為′()=L2，則串補(bǔ)線路載荷期望值差異為

由此確定同調(diào)條件：

(14)

定義期望載荷同調(diào)裕度：

對T和C求偏導(dǎo)：

(16)

T或C越大，越小，同調(diào)程度越低，非同調(diào)可能性越大，可能導(dǎo)致非同調(diào)。定義臨界非同調(diào)條件，得TCSC和CB臨界非同調(diào)不可用率為

(18)

式中，上標(biāo)cri表示臨界值。

若式(17)和式(18)小于1且不接近1，則會出現(xiàn)非同調(diào)，當(dāng)T>或C>時，，安裝TCSC后串補(bǔ)線路載荷下降，系統(tǒng)非同調(diào)；若式(17)和式(18)接近1或大于1，則系統(tǒng)一定同調(diào)。

2) 以系統(tǒng)LOLP為依據(jù)

根據(jù)安裝TCSC后與安裝前LOLP差值確定同調(diào)條件?LOLP<0，定義LOLP同調(diào)裕度：

對T和C求偏導(dǎo)，T或C越大，越大，可能導(dǎo)致非同調(diào)。定義臨界條件為，則TCSC和CB臨界非同調(diào)不可用率為

(20)

按照1~3大小，分三種情況討論：(1)3>2>1，<0，小于1且接近1，大于1。不論T和C取何值，一定同調(diào)；(2)3=2>1，<0，=1，分母為零無意義，不論T和C取何值，始終同調(diào)；(3)3>2=1，>0，==0，只要TCSC和CB非絕對可靠，從LOLP來說，系統(tǒng)總是非同調(diào)。

3 算例分析

以IEEE-RTS系統(tǒng)為例，在支路16-17安裝TCSC，驗證是否存在可靠性非同調(diào)。選取T、C、L的初始值為0.011 844 33、0.000 365 16、0.000 940 89，TCSC補(bǔ)償度初始值為-0.2(容性補(bǔ)償)，系統(tǒng)負(fù)荷為峰荷，串補(bǔ)線路載荷約束為max=6.25 p.u.。

3.1 TCSC和CB可靠性參數(shù)同調(diào)

表1給出()關(guān)于T、C靈敏度及LOLP對T、C靈敏度。()對T、C靈敏度為負(fù)，即T、C越大，()越小，可靠性參數(shù)同調(diào)。從LOLP看，情況2時LOLP對C靈敏度為0，LOLP與C變化無關(guān)；其他靈敏度大于零，即不可用率越大，越易失負(fù)荷，可靠性參數(shù)同調(diào)。沒有發(fā)現(xiàn)串補(bǔ)線路載荷期望和LOLP關(guān)于TCSC和CB可靠性參數(shù)非同調(diào)。

表1 E(I)和LOLP對uT和uC靈敏度

3.2 TCSC和CB元件非同調(diào)

1) TCSC容性補(bǔ)償度對非同調(diào)的影響

保持其他初始條件不變，將TCSC的容性補(bǔ)償度分別設(shè)為-0.2、-0.01、-0.001，由式(17)、式(18)、式(20)、式(21)求取臨界不可用率，如表2。

表2 不同補(bǔ)償度時的臨界不可用率

從期望載荷看，補(bǔ)償度為-0.2時，C臨界值大于1，T臨界值近似為1，不會非同調(diào)；補(bǔ)償度為-0.01時，兩個臨界值都小于1，但一般不會出現(xiàn)，也不會非同調(diào)；補(bǔ)償度為-0.001時，T臨界值較大，不會因為TCSC經(jīng)常故障造成非同調(diào)，而C臨界值為0.023 4，當(dāng)C大于該值，安裝TCSC后，因為CB經(jīng)常故障降低輸電能力引起非同調(diào)。

從LOLP看，補(bǔ)償度為-0.2時，3>2>1，兩個臨界值不可能發(fā)生，因而此時一定同調(diào)；補(bǔ)償度為-0.01和-0.001時，3>2=1，兩個臨界值都為0，此時TCSC沒有改善LOLP，通常TCSC和CB不是絕對可靠，所以從LOLP來說，是非同調(diào)的。

表2中很多臨界不可用率都是不可能發(fā)生的，但是從數(shù)值上看，補(bǔ)償度絕對值越小，臨界不可用率越小，非同調(diào)現(xiàn)象出現(xiàn)可能性越大。即補(bǔ)償度絕對值越小，容抗抵消線路感抗越少，串補(bǔ)線路電流越小，期望載荷越小，同時節(jié)點電壓會變大，越限可能越大，LOLP增加，所以越容易非同調(diào)。

其他條件一定，補(bǔ)償度為-0.001時期望載荷差值和LOLP差值隨C變化曲線如圖3所示，進(jìn)一步說明此時超過臨界不可用率時TCSC使輸電能力降低，使LOLP升高，因此是非同調(diào)的。

圖3 ?E(I)和?PLOLP與uC關(guān)系

2)T和C同時變化對非同調(diào)的影響

以上T和C非同調(diào)臨界值是保持其中一個不變求取的，實際不可能滿足，即其他條件一定時，同調(diào)裕度是T和C的函數(shù)。以串補(bǔ)線路期望載荷為例，，為非同調(diào)。當(dāng)補(bǔ)償度為-0.001時，同調(diào)性受參數(shù)影響見圖4。

圖4同調(diào)裕度與uT和uC的關(guān)系

3) 負(fù)荷水平對非同調(diào)的影響

補(bǔ)償度為-0.001，其他條件不變，系統(tǒng)總負(fù)荷分別為峰荷的1.1、1.0、0.952、0.900倍時，臨界不可用率見表3。

表3中數(shù)據(jù)，從期望載荷上來看，T臨界值不可能發(fā)生，C臨界值會發(fā)生。當(dāng)T和C增加時，臨界值都變小，類似圖4；隨著負(fù)荷降低，總體上兩個臨界值降低，說明負(fù)荷水平較低時安裝TCSC更容易出現(xiàn)非同調(diào)現(xiàn)象。從LOLP來說，1.1倍負(fù)荷時，枚舉系統(tǒng)狀態(tài)都切負(fù)荷，3=2=1，此時?LOLP=0；其他情況時都有3>2=1，臨界值為0，只要TCSC和CB不是絕對可靠，從LOLP來說，系統(tǒng)非同調(diào)。對比表3和表2可見，補(bǔ)償度對期望載荷非同調(diào)的影響比負(fù)荷大，而負(fù)荷對系統(tǒng)LOLP非同調(diào)影響更大。

表3 不同負(fù)荷水平時的臨界不可用率

4) 串補(bǔ)線路載荷上限對非同調(diào)的影響

設(shè)無TCSC時線路熱載荷上限為Lmax，考慮暫穩(wěn)態(tài)等其他約束時，變?yōu)長max1，加入TCSC后提升到Lmax2，且有Lmax1

表4 不同載荷約束時的臨界不可用率

從期望載荷來看，僅僅T變化不會導(dǎo)致期望載荷非同調(diào)的發(fā)生；max1和max2取值越低，串補(bǔ)線路電流越限越多，約束作用越強(qiáng)，非同調(diào)可能性越小。從LOLP來看，前兩種約束屬于3>2=1，因為TCSC和串補(bǔ)不是絕對可靠，就LOLP來說，系統(tǒng)是非同調(diào)的；后兩種情況屬于3=2>1，此時同調(diào)。

4 結(jié)論

本文研究了含TCSC電力系統(tǒng)可靠性非同調(diào)問題?？紤]TCSC和CB隨機(jī)故障，將串補(bǔ)線路分為三種運(yùn)行方式，給出串補(bǔ)線路期望載荷和系統(tǒng)LOLP解析表達(dá)。推導(dǎo)串補(bǔ)線路期望載荷和系統(tǒng)LOLP對TCSC和CB不可用率靈敏度，判斷可靠性參數(shù)非同調(diào)，確定同調(diào)條件，定義同調(diào)裕度，推導(dǎo)臨界非同調(diào)時TCSC和CB不可用率。

1) 串補(bǔ)線路期望載荷和系統(tǒng)LOLP關(guān)于TCSC和CB不可用率沒有可靠性參數(shù)非同調(diào)現(xiàn)象出現(xiàn)。

2) 若TCSC或CB臨界非同調(diào)不可用率小于1且不接近1，則TCSC或CB不可用率大于臨界值時系統(tǒng)非同調(diào)，反之同調(diào)；若臨界值大于1或接近1，則系統(tǒng)一定同調(diào)；若臨界值等于0，則系統(tǒng)一定非同調(diào)。

3) 補(bǔ)償度越小、系統(tǒng)負(fù)荷水平越低，串補(bǔ)線路允許載荷約束范圍越寬，非同調(diào)現(xiàn)象越容易發(fā)生。補(bǔ)償度對期望載荷非同調(diào)影響更大，系統(tǒng)負(fù)荷水平對系統(tǒng)LOLP非同調(diào)影響更大。

4) 當(dāng)TCSC不可用率不變時，僅由CB不可用率變大容易導(dǎo)致非同調(diào)；反過來，僅由TCSC不可用率變大不易造成非同調(diào)。因此相比TCSC而言，CB經(jīng)常故障更易造成非同調(diào)。若計及二者同時變化，由同調(diào)裕度二元函數(shù)，可得非同調(diào)時TCSC和CB不可用率范圍。

5) 不考慮其他元件可靠性參數(shù)變化時，期望載荷系數(shù)始終保持1>2；而LOLP出現(xiàn)四種情況，當(dāng)3=2=1時，安裝TCSC前后LOLP相同；當(dāng)3>2>1以及3=2>1時；一定同調(diào)，當(dāng)3>2=1時，一定非同調(diào)。

基于非同調(diào)辨識結(jié)果，運(yùn)行規(guī)劃部門可采取有效措施來改善系統(tǒng)輸電能力和可靠性。當(dāng)TCSC或CB不可用率大于臨界值時，使TCSC退出運(yùn)行、增加補(bǔ)償度或加強(qiáng)維護(hù)等措施，以便系統(tǒng)恢復(fù)同調(diào)，提高系統(tǒng)輸電能力和可靠性。

[1] BILLINTON R, LI Wenyuan. Reliability assessment of electric power systems using Monte Carlo methods[M]. New York: Plenum Press, 1994.

[2] BILLINTON R, ALLEN R B. Reliability assessment of power systems[M]. New York: Plenum Press, 1996.

[3] LI Wenyuan, KORCZYNSKI J K. Risk evaluation of transmission system operation modes and its application at British Columbia Transmission Corporation[J]. IEE Proceedings: Generation, Transmission and Distribution, 2004, 151(5): 658-664.

[4] 李文沅, 周家啟, 謝開貴, 等. 在輸電線和變電站組合聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)中的非同調(diào)現(xiàn)象[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報, 2006, 26(14): 7-11.

LI Wenyuan, ZHOU Jiaqi, XIE Kaigui, et al. Non- coherence phenomenon in combinative transmission line and substation configurations[J]. Proceedings of the CSEE, 2006, 26(14): 7-11.

[5] 謝開貴, 李萬年. 配電網(wǎng)可靠性非同調(diào)分析[J]. 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報, 2011, 23(3): 18-23.

XIE Kaigui, LI Wannian. Analysis of reliability non- coherence in distribution power systems[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2011, 23(3): 18-23.

[6] 紀(jì)靜, 謝開貴, 曹侃, 等. 多回并列運(yùn)行輸電線路的可靠性非同調(diào)辨識[J]. 高電壓技術(shù), 2011, 37(4): 1022-1028.

JI Jing, XIE Kaigui, CAO Kan, et al. Recognizing the reliability non-coherence components of multiple parallel transmission lines[J]. High Voltage Engineering, 2011, 37(4): 1022-1028.

[7] 紀(jì)靜, 謝開貴, 曹侃, 等. 配電變電站典型接線的可靠性非同調(diào)元件辨識[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報, 2012, 35(3): 74-79.

JI Jing, XIE Kaigui, CAO Kan, et al. Recognizing the reliability non-coherence components of distribution substation typical configuration[J]. Journal of Chongqing University, 2012, 35(3): 74-79.

[8] 紀(jì)靜. 電力系統(tǒng)可靠性非同調(diào)元件辨識研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2011.

JI Jing. Study on recognizing the reliability non-coherence components of power system[D]. Chongqing: Chongqing University, 2011.

[9] 朱濤, 段榮華, 汪震. 不同類型單一FACTS元件對改善滇西電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定水平的研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(20): 65-70.

ZHU Tao, DUAN Ronghua, WANG Zhen. Research on different types of single FACTS element improving dynamic stability Western Yunnan Power Grid[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(20): 65-70.

[10] 鄭亞強(qiáng), 李華偉, 吳濤. TCSC阻抗特性及其導(dǎo)通角對次同步諧振的抑制分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(16): 27-32.

ZHENG Yaqiang, LI Huawei, WU Tao. Impedance characteristics of TCSC and its conduction angle for sub- synchronous resonance mitigation[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(16): 27-32.

[11] HAO Zhenghang, YAO Zhiqing, LI Shaohua, et al. The contribution of double-fed wind farms to transient voltage and damping of power grids[J]. Tehnicki Vjesnik, 2015, 22(1): 43-49.

[12] 張舒, 肖澤宇, 劉宏超. 多運(yùn)行方式SVG的電壓調(diào)節(jié)[J]. 電器與能效管理技術(shù), 2014(20): 47-51.

ZHANG Shu, XIAO Zeyu, LIU Hongchao. Voltage regulation based on varied working mode of SVG[J]. Electrical & Energy Management Technology, 2014(20): 47-51.

[13] 祝嘉, 許啟進(jìn), 樓翔, 等. 關(guān)于SVC、SVG 類產(chǎn)品的無功補(bǔ)償性能測試方案[J]. 電器與能效管理技術(shù), 2014(11): 61-64.

ZHU Jia, XU Qijin, LOU Xiang, et al. Testing scheme of reactive power compensation performance for SVC, SVG[J]. Electrical & Energy Management Technology, 2014(11): 61-64.

[14] 張林, 沈鐘浩, 馮麗, 等. 基于直流靈敏度法的川渝電網(wǎng)輸電能力受限成因研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(18): 67-73.

ZHANG Lin, SHEN Zhonghao, FENG Li, et al. Study on causes of limited transmission capacity of Sichuan- Chongqing power grid based on DC-sensitivity[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(18): 67-73.

[15] 宋曉通, 戴擁民, 武守遠(yuǎn), 等. 提升臺遠(yuǎn)-塔中-且末通道輸送能力的綜合方案[J]. 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報, 2014, 26(9): 85-90.

SONG Xiaotong, DAI Yongmin, WU Shouyuan, et al. Integrated solution for transfer capability enhancement of Taiyuan-Tazhong-Qiemo channel[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2014, 26(9): 85-90.

[16] 王成山, 陳光遠(yuǎn), 魏煒, 等. 考慮負(fù)荷及發(fā)電機(jī)出力不確定性的TCSC選址與定容[J]. 繼電器, 2006, 34(7): 51-55.

WANG Chengshan, CHEN Guangyuan, WEI Wei, et al. Optimal location and parameters of TCSC considering load and generator output uncertainties[J]. Relay, 2006, 34(7): 51-55.

[17] 潘淑杰, 馬平, 蔡興國, 等. 用于提高輸電能力的TCSC選址和定容方案[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2009, 33(4): 65-70.

PAN Shujie, MA Ping, CAI Xingguo, et al. Selection scheme for installation site and optimal capacity of TCSC to increase transfer capability[J]. Power System Technology, 2009, 33(4): 65-70.

[18] 王延鵬, 蔡興國. 確定TCSC安裝位置和安裝容量的方法[J]. 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報, 2010, 22(2): 48-53.

WANG Yanpeng, CAI Xingguo. Approach to determine the optimal location and parameter setting of TCSC[J]. Proceeding of the CSU-EPSA, 2010, 22(2): 48-53.

[19] 張健, 冀瑞芳, 李國慶. TCSC優(yōu)化配置提高可用輸電能力的研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(1): 23-28.

ZHANG Jian, JI Ruifang, LI Guoqing. Study of enhancement of available transfer capability using TCSC optimal allocation[J]. Power System Protection and Control, 2012, 40(1): 23-28.

[20] LI Shenghu, DAI Chaobo, ZHU Ying. Short-term reliability equivalence algorithm for flexible transmission equipment[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2012, 43(1): 427-432.

[21] 趙淵, 董力, 謝開貴. FACTS元件的可靠性成本/效益分析及其優(yōu)化配置模型研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(1): 107-114.

ZHAO Yuan, DONG Li, XIE Kaigui. Research on optimal placement of FACTS devices based on reliability cost/benefits analysis[J]. Power System Protection and Control, 2012, 40(1): 107-114.

[22] 趙淵. 大電力系統(tǒng)可靠性評估的靈敏度分析及其校正措施模型研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2004.

ZHAO Yuan. Research on reliability assessment of bulk power systems based on sensitivity analysis and a corrective model[D]. Chongqing: Chongqing University, 2004.

[23] 楊曉崇. 含柔性交流輸電設(shè)備的電網(wǎng)可靠性評估及優(yōu)化配置模型研究[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2012.

YANG Xiaochong. Power grid reliability evaluation incorporating FACTS and optimal allocation model research[D]. Chongqing: Chongqing University, 2012.

[24] 趙淵, 邱玉良, 宿曉嵐. 含TCSC的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險評估模型[J]. 電力自動化設(shè)備, 2014, 34(7): 50-58.

ZHAO Yuan, QIU Yuliang, SU Xiaolan. Operating risk assessment model of power grid with TCSC[J]. Electric Power Automation Equipment, 2014, 34(7): 50-58.

[25] 程琳, 孫元章, 楊琨, 等. 可控串補(bǔ)接入電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2015, 39(3): 751-756.

CHENG Lin, SUN Yuanzhang, YANG Kun, et al. Operating reliability research of transmission line considering TCSC[J]. Power System Technology, 2015, 39(3): 751-756.

[26] BILLINTON R, FOTUHI-FIRUZABAD M, FARIED S O. Power system reliability enhancement using a thyristor controlled series capacitor[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 1999, 14(1): 369-374.

[27] HUANG G M, LI Yishan. Impact of thyristor controlled series capacitor on bulk power system reliability[C] // Power Engineering Society Summer Meeting, Chicago, USA, July 21-25, 2002: 975-980.

(編輯 魏小麗)

Analysis of reliability non-coherence of power systems with TCSC

LI Shenghu, YU Liping, DONG Wangchao

(School of Electrical Engineering and Automation, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Recognizing the non-coherent components helps to improve reliability of power systems. Considering stochastic failure of thyristor controlled series capacitor (TCSC) and its circuit breaker, a three-state model is proposed for the series-compensated line, based on which the analytical reliability model for the power systems is derived. Parameter and component non-coherences are analyzed based on the transmission capability of the line with TCSC and loss of load probability (LOLP) of the system. Coherence margin is defined and the critical condition of non-coherence is given. Impacts of compensation degree, reliability parameters, load level, and loading constraint on non-coherence are analyzed. The numerical results show that the system is non-coherent when the reliability parameter of the series compensator or its breaker is larger than the critical value. Less compensation degree, lower load level, or higher loading constraint yields higher possibility of reliability non-coherence. System non-coherence is more vulnerable to the series component than the circuit breaker of the TCSC. This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51277049).

reliability non-coherence; TCSC; coherence margin; critical non-coherence; circuit breaker

10.7667/PSPC151456

國家自然科學(xué)基金(51277049)

2015-08-18；

2015-10-22

李生虎(1974-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性、風(fēng)電系統(tǒng)分析與控制、柔性輸電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用；E-mail:shenghuli@hfut.edu.cn 于麗萍(1991-)，女，碩士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性；E-mail: yu_liping_miss@126.com 董王朝(1993-)，男，博士研究生，研究方向為風(fēng)電系統(tǒng)可靠性與優(yōu)化。