许景毓

(华北电力大学电气与电子工程学院,北京 102206)

对含FACTS元件的电力系统潮流的计算与控制

许景毓

(华北电力大学电气与电子工程学院,北京 102206)

社会在发展,科技在进步,与每一个人的生活都息息相关的电力这一行业也在突飞猛进的发展。伴随着现在快节奏生活对电力各方面的需求越来越大,柔性交流输电技术正在慢慢地占据主流。柔性交流输电装置能对电力系统进行灵活、快速的控制,提高电网的输电能力,增强系统的经济性、可靠性和安全性,使电力系统正朝着较高可控性的方向发展。建立相应的、正确且合适的稳态潮流计算模型是对各种FACTS装置研究和控制的基础。本文在这种情况下,构建模型对含FACTS元件的电力系统潮流的计算与控制。

FACTS元件 电力系统潮流 计算

1 前言

全球的电力事故时有发生,因电力事故造成的损失难以估计,如果想要把一损失降到最低,就必须在安全用电的基础上将这一过程中出现的问题各个击破！国际上现在已经把灵活交流输电系统(FACTS)作为一个重要课题在研究,其通过先进的科学手段,利用数码信息与机械的相互交叉渗透,巧妙的对电力系统运行过程中的各个方面和环节进行有效的监控,不但能有效的防止各种电力事故的发生,减少因电力事故而造成的损失,而且使输电的效率有了一个质和量的飞跃,因此找到一个能正确有效的使用前面元件的途径在电力系统潮流计算中起着举足轻重的作用。

2 对FACTS元件稳态潮流模型的构建

2.1 构建原则

一个FACTS元件的稳态潮流计算模型和算法应该具有良好的有效性,这具体表现在以下几个方面:(1)模型是否直观且物理概念清晰,能否准确反映FACTS元件对系统的影响；(2)模型是否精确；(3)采用该模型和算法进行潮流计算时的速度和收敛性能；(4)模型的通用性,即是否适合多种FACTS元件的建模；(5)是否容易嵌入已有的潮流计算程序中,易于与传统的潮流计算程序相结合而不必做较大的修改,便于编程实现。

模型可以有所不同,这个要特殊情况特殊对待,一个模型不可能适用于全部,所以这个没有作为一个硬性要求。

2.2 UPFC等效电路

UPFC的基本工作原理由含中间直流环节的两个背靠背的换流器组成。

根据图1UPFC的原理结构和功能,UPFC可以用图所示的等值电路来表示。该等值电路适用于UPFC的串并联支路中耦合变压器的漏抗和电阻相对于输电线路的阻抗较小的情况。通常情况下UPFC的损耗相对较小可以忽略,UPFC的串联部分被等效为一个理想电压源VS,UPFC的并联部分被等效为一个理想电流源Ish。理想电压源的幅值VS和相角θS可以控制,受UPFC的容量限制和系统安全稳定的考虑,理想电压源的幅值VS和相角θS运行在以下约束限制的范围内:VSmin≤VS≤VSmax,0≤θS≤2π。理想电流源Ish(Ish≤IN

sh,是换流器1的电流容量)也可控。这里的Ymk=Gmk+jBmk是节点m和k之间的线路导纳。在图中Ish被分解为两个分量:一个是与UPFC并联接入处的节点电压Vm同相的分量IT,由换流器2与系统交换的有功功率和UPFC的损耗确定；另一个是与Vm正交的分量Iq,由它提供无功功率维持所在节点的电压水平。对无功分量Iq,我们定义:当Iq超前Vm90°时为正,滞后Vm90°时为负。对有功分量IT,我们定义:当IT与Vm同相时为正,与Vm反相时为负。

忽略UPFC的损耗时,换流器1从系统吸收的有功功率等于换流器2注入线路的有功功率,即满足以下约束条件:

图1 UPFC的等效电路图

此约束表示UPFC既不吸收也不发出有功功率,所以在节点r处流经线路的有功功率Prk等于Pmk:Pmk=Prk

设线路m－k上的潮流Pkm+jQkm被UPFC控制等于给定值PC+jQC。

于是含UPFC的线路有功、无功潮流如下:

3 对FACTS元件稳态潮流模型的计算与控制

当UPFC连接在线路m-k上节点m处时,由UPFC的功率注入模型,含UPFC的电网潮流方程可列写如下:

n是系统总的节点数。PGi、QGi是节点i的电源输入功率,PLi、QLi是节点i的负荷需求功率。这里,

Yij=Gij+jBij是系统节点导纳矩阵的相应元素。因此修正方程式可以写作:

不含UPFC时常规快速解偶法的修正方程式与这个公式是一样的,系数矩阵B′和B′′与常规快速解偶法中的系数矩阵也是一样的,因此UPFC的等效节点附加注入功率只是系统节点状态变量(节点电压幅值和相角)和UPFC的控制变量VS、θS的函数。我门只要增加相应的潮流方程和两个状态变量便能得出含UPFC的电网潮流分布的答案。因为引入0～2π变化的控制变量θS作为新增加的状态变量而引起潮流计算的准确性会降低,所以我们用PK(i≠j)和QK(i≠j)着两个变量来计算。因为知道K(i≠j)P和QK(i≠j)的值,所以我们一般情况下经过计算就可以得到UPFC的控制参数VS和θS,进而可以求出UPFC的其他等效节点附加注入功率PM(i≠j)、QM(i≠j)的值。其中:

因此,给定PK(i≠j)、QK(i≠j)和系统状态变量(节点电压幅值和相角)的初值,可以得到UPFC的其他等效节点附加注入功率和控制参数VS、θS的初值,通过式表示的主迭代过程可以求出系统节点状态变量的修正量,从而得到系统节点状态变量的新值,将系统节点状态变量的新值代入式表示的子迭代过程,又可以求得PK(i≠j)和QK(i≠j)的新值。如此交替迭代。

4 结语

想要更好的控制电力为人类服务就必须掌握有效的控制电力的方法,而灵活交流输电系统恰好是一个方便有效的方法,所以准确的掌握这一方法尤为重要,潮流计算作为掌握这一方法的基本途径是重中之重,希望上面公式的计算可以给广大电力研究工作者提供一些帮助,更希望因为这个公式计算而找到更加有效的控制电力的新方法。

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