FACTS的最优选址提高电力系统稳定性

摘 要:facts的位置对改善电力系统的稳定性非常重要。通过建立网络中割集的稳定度指标选择评价网络中的输电环节的脆弱性,通过指标的排序确定facts控制器的最优装设地点。实际系统的仿真算例验证了该方法的有效性。

关键词:暂态稳定性;facts;最优位置;输电环节脆弱性

0引言

近年来,随着大功率电力电子技术的发展,facts技术日渐成为实现电力系统暂态稳定控制的新的技术手段。facts的概念是最早由美国电力科学研究的hingorani博士于1988年提出的[1],它的主要内涵是采用大功率可控硅的元件代替机械高压元件,从而使电力系统的三个主要参数一电压、线路参数和功率角按系统运行的需要进行快速、灵活的调节[2,3]。

facts控制器对系统的暂态过程和事故后的恢复具有快速、灵活的调节能力。facts控制器在电力系统中的应用,一方面有助于改善电力系统的安全稳定水平[4~5],但同时对电力系统分析以及控制方法的研究提出了新的任务[6~7]:如何选择facts控制器的最佳设置点以最大效能地改善电力系统的稳定水平;如何使所设计的facts的控制策略对系统的各种变化具有强的鲁棒性;如何设计在工程上易于实现的facts的控制策略。facts控制器一般装于远离发电机的输电线路上,发电机端变量对facts控制器来说是不易得到的[7],因此facts的控制输入尽可能采用当地的可测变量;另外如何实现多个facts控制器之间以及facts与系统中的其它控制器(如pss等)之间的控制作用的协调。

在电网的规划过程中,选择合适的facts地点可以使得facts控制器在提高系统的稳定性中的效果达到理想的效果,因此国内外学者在facts选址方面进行了许多探索性的工作。

martins根据留数与特征值变化量的关系,选择svc的设置点[8]。okamoto等人利用s-matrix方法,计算发电机的输出功率相对于变阻抗元件参数变化的灵敏度,构造表征变阻抗元件提供最大可能阻尼的位置评价指标[9]。文献[10]采用模态分析法,根据facts控制器自身控制系统对振荡支配模式的变化量的作用,确定facts控制器的最优设置点。但这些方法的缺点是:不能反映由特定扰动激发的具体模式以及非线性对大扰动稳定性的影响。文献[11]从改善系统暂态稳定水平的角度,提出了临界能量相对于网络参数变化的灵敏度的分析方法,但却未对暂态稳定的故障相关性给予充分的考虑。

本文在结构保留模型的基础上,基于拓扑能量函数,通过分析网络中暂态势能分布以及变化特点,建立了评价割集稳定性的量化指标,通过对指标的分析选择facts控制器的最优装设位置。

1保留网络结构的拓扑能量函数

多机系统的拓扑能量函数是在保留输电网络拓扑结构的基础上推导出来的[12]。如果某系统中有m台发电机,l0个支路,n0个母线节点,则网络中有n0-m个负荷节点。如果在原网络上增加代表发电机内电势的虚构节点,连接于发电机的内电抗,则形成系统的增广网络,则增广网络有n=m+n0个节点,l=m+l0个支路。

如果发电机采用经典模型,忽略调节器的作用,考虑负荷的频率特性,即:

其中:pdi为节点i的负荷;为节点i的负荷的稳态初始值;di为负荷的频率调节效应系数,ωi为节点i的频率。

拓扑lyapunov函数可以表示为动能以及势能两部分[12]

从公式(2)中可见,系统中总的暂态能量可以表示为系统中所有的发电机的动能总和,而势能可以表示为系统增广网络中每条支路所分担的势能的总和。

这样,对于网络中任意一支路k,其支路势能可以如(3)表示为

其中:支路相对于系统暂态以及故障后稳定平衡状态的两端相角差。pk(σk)和分别为kth支路相对于系统暂态以及故障后稳定平衡状态的有功功率。

如果将故障切除时刻的支路两端相角差σk(t)注记为式(3)可以变换为式(4)

因此,若以故障切除时刻为初始点,并以该时刻的暂态势能为支路的暂态势能的参考点,则kth的暂态势能沿故障后轨迹的势能可以表示为

2输电环节脆弱性评价

2.1暂态能

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计