计及负荷随机性含风电电力系统TCSC多目标优化配置

为实现可用输电能力和电压稳定的双重改善,提出一种考虑风电和负荷随机性的灵活交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)多目标优化配置方法。首先推导基于拉丁超立方、k-means聚类和蒙特卡洛抽样三者相结合的系统场景生成技术。然后以区域间可用输电能力和电压稳定指标L为目标,建立晶闸管控制串联电容器(thyristor-controlled series capacitor,TCSC)多目标优化配置模型。最后通过增加混沌初始化和变惯性权重设置改进多目标粒子群算法以求解所建模型。基于改进的IEEE30节点系统,对比了最可能发生的系统场景配置TCSC前后的非劣解集和模糊最优解,分析了极端系统场景配置TCSC前后的优化结果。仿真结果表明,所提场景处理方法、多目标优化模型和改进算法在解决相关问题上具有有效性。

TCSC-STATCOM控制对风电并网系统电压稳定性的改善

针对风电并网系统中存在电压稳定性问题,提出一种可控串联补偿装置和静止同步补偿器联合控制的方法。该方法应用于风电并网系统中,采用静止同步补偿器双闭环反馈控制和可控串联补偿装置相结合的方法来保证系统在运行过程中有足够的无功功率来维持其正常工作。同时在Matlab/Simulink仿真软件中建立相应的仿真模型。通过对在不同工况下运行的算例波形进行研究分析,结果表明TCSC和STATCOM联合控制能有效快速恢复故障后风电并网处电压,提高电压的稳定性及风电场的故障穿越能力。且比TCSC或STATCOM单独控制所取得的效果更好。

TCSC功率振荡阻尼控制器的设计

提出了一种基于测试信号法的TCSC功率振荡阻尼(POD)控制器的设计方法,避免了计算量庞大的状态矩阵特征值计算。该方法由3步组成:第1步,利用测试信号法辨识出电力系统的区域间振荡模式和设计POD控制器所需要的信息;第2步,比较不同输入信号的留数比来选择POD控制器的各个备选输入信号;第3步,用补偿留数相位的方法对POD控制器参数进行整定。通过比较POD控制器安装前后低频振荡阻尼比的变化和时域仿真说明了该设计方法的有效性,且适用于大规模电力系统。

用于提高输电能力的TCSC选址和定容方案

支路传输功率、节点电压等的越限是制约系统输电能力提高的重要因素,为此文章采用连续潮流模型,在临界运行点推导了输电能力对支路电抗灵敏度的数学表达式,提出根据此灵敏度排序结果确定可控串联补偿器(thyristor controlled series capacitor,TCSC)安装地点的新方法。该方法中,TCSC安装位置确定以后,将安装TCSC之前发生越界的不等式约束在其边界值处用等式形式表示出来,并设定为已知条件,将TCSC对其所要安装支路的补偿度设定为一个新的未知量,扩展常规潮流方程,以求取扩展潮流不匹配函数的最小值为目标,计算支路的最优补偿度。对IEEE30节点和IEEE118节点系统的仿真计算结果表明该文所提出的选址和定容方法是有效的。

TCSC抑制次同步谐振的机理研究及其参数设计

正确地分析TCSC频率阻抗特性是评价TCSC抑制SSR能力的基础。该文给出了考虑导通角变化的三维频率阻抗图,该图清晰地表明:当目标导通角小于临界导通角时,TCSC低频阻抗特性存在一个容性曲面,只有越过临界导通角后低频视在阻抗才表现为感性。基于IEEE第一基准模型的数字仿真分析验证了频率阻抗计算方法和结果的正确性,深入阐明了TCSC抑制SSR的物理机理以及要实现完全抑制SSR需满足的工作条件。在此基础上还讨论了TCSC主电路的参数设计原则,使得TCSC不仅能满足工频基波阻抗调节特性的要求,而且能最大限度地提高对SSR的抑制能力。

TCSC暂态过程中晶闸管导通角特性的研究

当晶闸管触发角发生阶跃时 ,由于 TCSC电路固有的电磁暂态特性 ,使得电容电压过零点发生偏移 ,因此导通角不会立刻达到预定目标值。文章首先给出并证明了触发角阶跃变化与初始导通角之间的定性关系 ;然后通过分析晶闸管导通期间电容电压的解耦特性 ,推导出导通角的估算公式 ,定量地描述了暂态过程中导通角的变化规律。数字仿真验证了上述分析结论并进一步发现 :导通角变化趋势与 TCSC基频阻抗特性是完全一致的 。

计及TCSC的电压稳定性灵敏度指标计算

鉴于电力系统中日益出现的动态无功不足而导致的电压稳定性问题,基于潮流计算法,将可控串联补偿装置(thyristor controlled series compensator,TCSC)的稳态模型加入到潮流方程中,推导出带有TCSC的雅可比矩阵,并将其用于计算电压稳定性灵敏度。在此基础上,用灵敏度指标对比计算和分析了TCSC安装前后整个系统和TCSC安装节点的电压稳定性,结果表明,安装TCSC后的电压稳定性灵敏度指标有较大改善。运用电力系统分析工具PSAT1.3.4对WSCC-3机9节点系统进行仿真,结果再次验证了文中方法的正确性、有效性和可行性。

基于最优变目标策略的TCSC与励磁系统协调控制

发电机励磁系统以及可控串联电容补偿器(thyristor-controlled series capacitor,TCSC)对远距离输电系统的稳定性影响很大。基于最优变目标控制(optimal variable aim control,OVAC)理论,提出了TCSC与励磁系统协调控制的方法。首先针对含有TCSC的单机无穷大系统的非线性模型,建立了状态空间方程;然后利用最优变目标控制理论推导出了TCSC与励磁系统的协调控制规律;最后利用算例进行了仿真验证。仿真结果表明,该策略提高了系统阻尼,有效地抑制了系统的功率振荡,改善了系统的稳定性。

TCSC对发电机组次同步谐振阻尼特性影响研究

采用基于时域仿真实现的复转矩系数法—测试信号法研究了含有可控串补(TCSC)的电力系统中的次同步谐振(SSR)阻尼特性。采用 IEEE SSR第一标准测试系统模型,将其中部分固定串补电容改造为 TCSC。TCSC采用3种闭环控制方式如恒电流、恒功率及阻尼功率振荡控制。通过频率扫描计算出发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线,分别研究了开环控制和3 种不同闭环控制方式下 TCSC导通角对电气阻尼特性的影响。结果表明,不论在何种控制方式下,相对于固定电容串补,TCSC都能大大减小谐振点附近的电气负阻尼;TCSC的导通角对阻尼特性有很大影响,TCSC运行在较大导通角时可有效减小谐振点附近的电气负阻尼。

TCSC的动态基频阻抗特性分析

ＴＣＳＣ的动态基频阻抗特性分析对研究含ＴＣＳＣ线路上的线路保护的特性具有重要意义。采用数值仿真分析的方法，详细研究了ＴＣＳＣ动态基频阻抗与滤波器、触发角、故障条件下ＴＣＳＣ是否旁路、短路时刻及短路地点等多种因素的关系，认为在选定滤波器的条件下，ＴＣＳＣ对故障的应对方式是影响动态基频阻抗变化规律的最重要因素。

TCSC在次同步谐振中的借阻尼现象

采用了基于时域仿真的复转矩系数法研究电力系统的电气阻尼特性。在IEEE次同步谐振第一标准模型的基础上,分别将其25%,50%,100%容量的固定串补替换为TCSC后进行仿真分析。分析结果表明,在串补度相同的情况下,系统总阻尼近似守恒,TCSC基本不提供正阻尼,但TCSC由于其高度非线性,使系统不同频率间发生了能量交互,从而增加了某些频率的阻尼,同时也降低了另外一些频率处的阻尼,出现了借阻尼现象。讨论了借阻尼现象对SSR的正反两方面影响,并利用仿真实验验证了TCSC抑制和引起SSR的可能性。该现象的发现对TCSC的实际运行具有一定的参考价值。

计及电抗器支路电阻的TCSC动态相量法模型

为研究含TCSC的电力系统的稳定性和动态特性及设计TCSC的实用化控制策略,提出了计及电抗器支路电阻影响并结合动态相量法的TCSC建模方法。动态相量模型是随时间缓慢变化的非线性、大信号模型,适合暂态过程快速而又精确地仿真,但传统动态相量法存在状态空间方程阶数随着计及频率成分增加而迅速增长的问题。故在分析模型的状态变量特性,忽略快速变量的动态变化过程后,由动态相量与傅立叶系数间的关系建立了计及电抗器支路电阻影响的TCSC动态相量法模型。仿真算例验证了所提出模型的精确性和有效性。

可控串补(TCSC)模式切换控制策略的动模实验研究

基于模块化动模实验平台,提出了一套可控串联补偿(TCSC)模式切换控制策略。动模实验证实了通过简单改变触发角TCSC的模式切换无法实现;分析了电抗器支路不同品质因数对硬件旁路切换的影响,通过串加小电阻的方法改进TCSC主回路接线以有利于模式切换的实现。采用线路电流与晶闸管支路电流同向触发的方法实现由容性运行模式到Bypass的切换。动模实验结果表明,提出的模式切换策略能使切换过程平稳迅速,且动态特性良好。

用于TCSC阻抗控制的变参数PID方法

TCSC阻抗控制是实现TCSC其他控制功能的基础。为较好地实现TCSC阻抗控制，采用数字仿真的方法，对TCSC详细模型进行了研究，找出了阻抗控制的规律，提出了用于TCSC阻抗控制的变参数PID方法。该方法克服了传统PID控制器的缺点，有较强的鲁棒性，可适用于不同的命令客抗。通过在实际工程的仿真计算，证明该方法具有良好的阻抗控制效果。

面向风电场SSO抑制的TCSC参数电磁暂态智能优化方法

抑制风电场次同步振荡(sub-synchronous oscillations,SSO)的晶闸管可控串联补偿装置(thyristor controlled series compensation,TCSC)参数优化问题是强非线性参数优化问题,很难用解析方法求解。文中将单纯形算法(Simplex)与电磁暂态仿真程序结合的非线性参数优化方法引入到抑制SSO的TCSC参数的优化。该算法使用电磁暂态程序的仿真结果计算优化目标函数值,Simplex算法应用电磁暂态程序计算的优化目标函数结果智能地指导TCSC参数寻优方向,快速可靠地寻到最优参数,缩短仿真耗时。最后,针对风电不确定性,初步分析了风速变化对参数优化结果的影响,根据所采用的单机等值系统仿真结果分析,风速变化对TCSC参数优化结果的影响并不显著。

基于电气剖分方法的TCSC成本费用分摊

FACTS装置能有效消除或缓解电力网络阻塞现象,合理有效的成本回收机制的制定能够保证和激励FACTS装置的安装使用。本文基于"论责"原则,提出了一种新的按照源流各方造成阻塞的定量责任大小进行FACTS成本分摊的方法。利用电气剖分方法定量分析输电线路阻塞的成因,并给出相关源流承担阻塞责任的份额关系。在此基础上,将FACTS成本费用根据交易参与者的定量阻塞责任大小进行分摊。最后用改进的IEEE30节点算例对该方法进行了验证,算例结果表明,所提方法能够合理有效地回收FACTS装置的成本。

基于广域测量的滑模TCSC控制器设计

广域测量系统为电力系统实现网络化控制提供了新的解决方案。文章对基于广域测量信号的可控串补(thyristorcontrolledseriescompensator,TCSC)系统进行了分析,建立了基于广域测量的TCSC系统模型。通过引入附加状态变量,将含有时滞的时滞系统转换为不含时滞的离散控制系统,并采用离散滑模控制的方法设计了状态反馈控制器,对克服控制器中的抖振问题提出了有效的解决方法。为验证所提出方法的有效性,对单机无穷大系统进行了仿真计算,表明该方法可以有效保持系统的稳定性。

同步信号及电路参数对可控串补(TCSC)动态特性的影响

通过计算机数值仿真和动模实验研究，提出了不同同步信号及电路参数对可控串补（TCSC）的动态工作特性及控制精度的主要影响。从等效的概念上分析了TCSC的动态阻尼特性。得到了采用闭环控制方式可缩短阻抗调节时响应时间的结论。研究表明，合理选取同步信号和采取特殊的硬件Block和Bypass控制模式，可有效减小各种干扰，实现TCSC三相运行时工作区域的快速过渡跳变和稳定运行，缩短了动态调节的响应时间，有效地消除了系统故障后的直流分量，提高了暂态稳定控制特性。

可控串补(TCSC)的谐波特性分析

采用数字仿真方法，通过离散傅里叶变换，分析了在ＴＣＳＣ稳态运行、工况调整过程及短路过程中ＴＣＳＣ线路电压、电流谐波的变化规律及波形畸变率的变化情况，着重分析了短路过程中触发角、短路时刻、短路地点、系统参数及短路后 ＴＣＳＣ是否旁路对ＴＣＳＣ线路波形畸变率的影响，主要结论是：在非故障状态下，电压、电流波形畸变率均在允许范围内；故障状态下畸变率增大，对系统电压质量和安全稳定运行带来影响。

SEDC与TCSC联合抑制次同步振荡的研究

可控串联补偿(TCSC)工作在调节模式时,可以连续调节线路串补度,从而改变次同步振荡的条件;此外,TCSC所产生的谐波频带非常宽,足以使次同步频率的信号通过,在某些情况下可能激发次同步振荡。因此,当系统中包含TCSC时,次同步振荡问题的研究尤为复杂。本文提出使用附加励磁阻尼控制器(SEDC)与TCSC联合运行抑制次同步振荡,分析了TCSC不同运行状态对次同步振荡产生的影响,针对TCSC的运行特性,分段设计了两组SEDC参数,并模拟实现了SEDC参数间的切换。结果表明:通过切换控制参数,SEDC获得了更好的鲁棒性,TCSC的安全运行范围大大增加。