對含F(xiàn)ACTS元件的電力系統(tǒng)潮流的計算與控制

許景毓

(華北電力大學電氣與電子工程學院,北京 102206)

對含F(xiàn)ACTS元件的電力系統(tǒng)潮流的計算與控制

許景毓

(華北電力大學電氣與電子工程學院,北京 102206)

社會在發(fā)展,科技在進步,與每一個人的生活都息息相關(guān)的電力這一行業(yè)也在突飛猛進的發(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)進行靈活、快速的控制,提高電網(wǎng)的輸電能力,增強系統(tǒng)的經(jīng)濟性、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)潮流的計算與控制。

FACTS元件 電力系統(tǒng)潮流 計算

1 前言

全球的電力事故時有發(fā)生,因電力事故造成的損失難以估計,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)作為一個重要課題在研究,其通過先進的科學手段,利用數(shù)碼信息與機械的相互交叉滲透,巧妙的對電力系統(tǒng)運行過程中的各個方面和環(huán)節(jié)進行有效的監(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質(zhì)和量的飛躍,因此找到一個能正確有效的使用前面元件的途徑在電力系統(tǒng)潮流計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FACTS元件的穩(wěn)態(tài)潮流計算模型和算法應(yīng)該具有良好的有效性,這具體表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)模型是否直觀且物理概念清晰,能否準確反映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行潮流計算時的速度和收斂性能；(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算程序中,易于與傳統(tǒng)的潮流計算程序相結(jié)合而不必做較大的修改,便于編程實現(xiàn)。

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

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)部分被等效為一個理想電壓源VS,UPFC的并聯(lián)部分被等效為一個理想電流源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m和k之間的線路導納。在圖中Ish被分解為兩個分量:一個是與UPFC并聯(lián)接入處的節(jié)點電壓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；另一個是與Vm正交的分量Iq,由它提供無功功率維持所在節(jié)點的電壓水平。對無功分量Iq,我們定義:當Iq超前Vm90°時為正,滯后Vm90°時為負。對有功分量IT,我們定義:當IT與Vm同相時為正,與Vm反相時為負。

忽略UPFC的損耗時,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)潮流模型的計算與控制

當UPFC連接在線路m-k上節(jié)點m處時,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)點數(shù)。PGi、QGi是節(jié)點i的電源輸入功率,PLi、QLi是節(jié)點i的負荷需求功率。這里,

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

不含UPFC時常規(guī)快速解偶法的修正方程式與這個公式是一樣的,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)點附加注入功率只是系統(tǒng)節(jié)點狀態(tài)變量(節(jié)點電壓幅值和相角)和UPFC的控制變量VS、θS的函數(shù)。我門只要增加相應(yīng)的潮流方程和兩個狀態(tài)變量便能得出含UPFC的電網(wǎng)潮流分布的答案。因為引入0～2π變化的控制變量θS作為新增加的狀態(tài)變量而引起潮流計算的準確性會降低,所以我們用PK(i≠j)和QK(i≠j)著兩個變量來計算。因為知道K(i≠j)P和QK(i≠j)的值,所以我們一般情況下經(jīng)過計算就可以得到UPFC的控制參數(shù)VS和θS,進而可以求出UPFC的其他等效節(jié)點附加注入功率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)點電壓幅值和相角)的初值,可以得到UPFC的其他等效節(jié)點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)點狀態(tài)變量的修正量,從而得到系統(tǒng)節(jié)點狀態(tài)變量的新值,將系統(tǒng)節(jié)點狀態(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)恰好是一個方便有效的方法,所以準確的掌握這一方法尤為重要,潮流計算作為掌握這一方法的基本途徑是重中之重,希望上面公式的計算可以給廣大電力研究工作者提供一些幫助,更希望因為這個公式計算而找到更加有效的控制電力的新方法。

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