FACTS技术在电力系统中的应用

柔性交流输电系统(FACTS)建立在电力电子或其他静止型控制器基础之上,通过对电力系统的某个或多个参数进行调节,从而实现电力系统可控的目标,进而增强电力传输能力和系统运行的稳定性。本文对柔性交流输电系统中FACTS控制器的3种类型进行了介绍,对4种典型的FACTS控制器的工作原理、稳态模型以及动态模型进行了研究。从控制电力系统的无功功率和电压、改善低频振荡、提高系统的暂态稳定性等方面,介绍了FACTS控制器在电力系统中的应用。

FACTS控制器间交互影响及协调控制研究进展

柔性交流输电FACTS技术和设备在大规模互联电力系统中的应用日益广泛,研究FACTS控制器的交互影响及其协调控制也变得极其重要。文中给出了交互影响的定义,介绍了目前研究中所发现的涉及各种FACTS控制器的交互影响类型,总结了用于分析这些交互影响的若干实用方法,最后对FACTS控制器的协调控制方法进行了综述,并进一步指出后续研究中值得注意的新的课题。

信息电力与FACTS及DFACTS技术

信息社会对供电质量提出了新挑战 ,指出发展 FACTS及 DFACTS技术是满足信息电力要求的重要途径。在分析我国大区电网互联及其电压稳定、无功补偿问题的基础上 ,指出发展STATCOM应是我国 FACTS技术研究的主要方向 ,并阐述了 STATCOM研究的重点课题。同时指出在 DFACTS方面我国应加强系统化研究 ,主要内容包括 :电能质量问题对不同用户影响的试验研究、电能质量监测和评估技术。

FACTS协调控制研究进展及展望

概述了灵活交流输电系统(FACTS)交互影响的实例和主要分析方法。总结分析近年来国内外研究所提出的多种FACTS协调控制方法,并将其分为线性控制方法、非线性控制方法和智能控制方法三大类,简要评述了其优点和不足。介绍了广域测量系统(WAMS)技术在协调控制中的应用情况,并归纳广域测量中信号时滞的处理方法。最后,总结目前FACTS协调控制研究存在的问题和未来有待进一步开展的工作,指出开展基于WAMS的FACTS协调控制研究是未来我国FACTS发展的主要方向之一。

基于RTDS的机电电磁暂态混合实时仿真及其在FACTS中的应用

深入研究了基于实时数字仿真器(RTDS)的混合仿真平台的实现方法,其中包括利用RTDS的自定义工具Component Builder(CBuilder)开发的机电暂态程序与接口模块,并选取了适用于该仿真平台的数据交换时序。提出了利用机电-电磁暂态混合仿真技术进行柔性交流输电系统(FACTS)研究的方法,并在RTDS上搭建有两个静止无功补偿器(SVC)控制母线电压的系统模型,对全系统进行全电磁实时仿真、机电-电磁混合实时仿真、对等值化简后的系统进行全电磁仿真,比较不同SVC组合控制下的仿真结果。验证了混合仿真系统的准确性,阐述了利用未等值大系统开展FACTS应用研究的必要性。可以预见,混合仿真技术在大系统的FACTS研究中具有良好的前景。

基于多FACTS的网侧阻尼协调控制量化指标研究

研究多变量系统等效开环过程(effective open-loop process,EOP)理论在电力系统多柔性交流输电装置(flexible AC transmission system,FACTS)协调控制量化分析中的应用,并提出基于EOP的多FCATS阻尼控制器交互作用分析方法及量化指标。推导电力系统阻尼控制框架下的EOP,在此基础上建立用于多FACTS阻尼控制器分析的阻尼控制等效开环过程(damping control effective open-loop process,DCEOP)。提出基于DCEOP谱半径和多变量Nyquist推广定理的多FACTS阻尼控制器交互影响分析方法,可以判断系统中是否存在多FACTS阻尼控制器的负交互作用。进一步推导并提出基于DCEOP的多FACTS交互风险因子和交互作用因子,实现了多FACTS阻尼控制器协调控制及交互作用的量化分析。最后,通过算例分析验证了所提方法的正确性以及在实际电网中应用的可行性。

基于相对增益矩阵和Prony技术的南方电网FACTS和HVDC之间交互影响分析

高压直流输电(HVDC)及灵活交流输电(FACTS)装置因其优良特性被广泛应用于现代电网中,但是其实际应用时间较短,加之其控制器的复杂性,使得对大规模交直流混联电网中FACTS装置之间及FACTS装置与HVDC间的交互作用的研究不够成熟和完善。文中以定量分析南方电网中FACTS装置之间以及FACTS装置与HVDC系统间的交互作用大小为目标,建立了含FACTS装置和HVDC系统的多机电力系统的线性化模型,并详细阐述了引入不同FACTS装置及直流系统时,控制变量、输出变量的选择及对代数方程的处理。接着对南方电网进行等值,利用该线性化模型推导出等值系统的传递函数,利用RGA方法找出FACTS装置之间以及FACTS装置与HVDC系统间的交互作用的大小。最后通过大扰动下的Prony分析验证了RGA分析结果的正确性。

基于智能计算的多FACTS协调配置

灵活交流输电(flexibleAC transmission system,FACTS)装置在电力系统中应用广泛,但通常各台FACTS设备都是针对本地量和各自目标进行参数整定。为了更大程度地发挥FACTS效用,消除潜在的不利交互影响,有必要对多FACTS进行参数的协调配置。文中首先采用小波变换分析了协调配置的必要性,结合改进的多目标量子遗传算法和极限学习机提出了多FACTS协调配置算法,最后在装设有TCSC和SVC的算例中进行仿真,验证了所提算法的有效性。

西北新能源外送系统多FACTS协调控制方法

新疆与西北主网联网750 kV第二通道上将装设5套可控高抗和2套静止无功补偿器,是世界上首次在750 kV输电系统中集中应用新型大容量柔性交流输电(flexible AC transmission system,FACTS)设备。针对多FACTS提出系统级和设备级协调控制方法及二者之前的切换原则。通过仿真算例验证,所提方法能够高精度、高效地集中协调控制多FACTS设备动作,抑制新能源频繁变化引起的电压波动,紧急工况下为系统提供电压无功支撑,同时将潜供电流及恢复电压、非全相过电压及工频过电压等限制到允许范围内。

基于多FACTS的网侧协调阻尼控制机理研究

柔性交流输电装置(flexible AC transmission system,FACTS)在提升电网安全稳定和运行效率方面发挥着重要的作用。随着柔性交流输电装置在电力系统中的广泛应用,研究系统中多FACTS的协调控制机理对于实现系统的协调阻尼控制具有重要的理论价值和现实意义。针对实现多FACTS协调控制过程中遇到的交互影响问题,提出基于选择模式分析(selective modal analysis,SMA)和多变量频域控制理论的多FACTS交互作用机理分析方法,通过SMA实现多FACTS交互作用的有效特征量提取,进而通过多变量频域控制理论推导出多FACTS间的交互作用关系和发生条件,并在此基础上揭示多FACTS间交互作用机理。研究结果表明:处于多机系统同一电力区域中的多台FACTS阻尼控制器间存在相互制约的关系,当控制器参数满足负交互条件时会发生比较明显的负交互作用,严重时甚至威胁系统的安全运行,当控制器参数满足协调运行条件时才能保证多FACTS间的协调运行与控制。通过仿真验证了文中机理研究的正确性以及在实际电网中应用的可行性。

基于改进差分和声搜索算法的FACTS设备的多目标优化配置

柔性交流输电（flexible AC transmission system,FACTS）设备能有效实现对电力系统参数及网络结构的灵活控制,以降低功率损耗,提高系统稳定性。由于FACTS设备成本较高,因此,建立综合考虑其配置费用和系统运行性能的多目标优化模型具有重要研究意义。该文以系统有功网损最小、设备补偿费用最低、系统电压稳定性最好为目标函数,建立了晶闸管控制串联电容器和静止同步补偿器的多目标优化配置模型。提出了一种改进差分和声搜索算法求解该非线性多目标优化问题,研究结果表明,提出的改进算法比多目标自适应和声搜索算法获得的解集更优,且得到的最优折衷解,在较低的补偿费用下具有更好的电压稳定性和更低的有功损耗。该文提出的多目标优化模型和求解算法能有效指导实际电力系统中FACTS设备的优化配置,具有良好的应用前景。

综合FACTS和HVDC协调优化的大规模风电脱网控制方法

随着交直流混联电力系统的快速发展,目前灵活柔性交流输电系统(FACTS)和特高压直流输电系统在我国电力系统中已得到广泛应用,为近年来我国风电大规模脱网问题提供了新的控制技术和有效手段。分析了系统交直流故障后的风电脱网场景,表明抑制故障后系统电压大幅波动是减少风电大规模脱网的关键。在此基础上,阐述了事故前FACTS优化配置和事故后采取HVDC紧急功率支援协调抑制风电大规模脱网的必要性。并基于对风电场汇集母线电压波动的改善灵敏度,以保证系统安全性为前提,通过协调优化事故前FACTS动态无功补偿设备布点、容量配置和事故后直流紧急功率支援,提出一种风电脱网控制代价最小的FACTS和HVDC的协调优化方法,实现风电脱网的抑制和电网的经济运行。最后,以实际规划电网进行了仿真验证,证明了该方法的有效性。

FACTS 装置用于电力系统稳定控制的综述

从电力系统稳定控制出发，分析了ＦＡＣＴＳ控制器的特点，根据控制器设计过程对电力系统信息提取和综合途径的不同，将ＦＡＣＴＳ装置的稳定控制策略分为基于系统内部结构、基于系统外部特征及综合智能控制三种方式，并概述了各种控制策略研究中所应用的稳定控制手段以及发展方向。

一种新型的FACTS控制设备实验与性能测试平台

本文构建了一种新型的FACTS控制装置实验与性能测试平台。以可控串补(TCSC)的接入为例,该仿真平台由TCSC控制装置与电力系统全数字实时仿真装置(ADPSS)接口而成。仿真平台用机电暂态模型对大电网建模,用电磁暂态模型对TCSC及其所在的线路建模,通过物理接口箱将TCSC控制装置接入到仿真平台。TCSC控制装置采集功率放大器的输出,根据内置的控制策略发出TCSC的控制信号。ADPSS根据接收的控制信号控制晶闸管模型的状态。该仿真平台不需要对大电网进行任何等值就可以研究FACTS接入后对电力系统的影响。本文给出了TCSC的阻抗控制、潮流控制及阻尼功率振荡控制的实验结果。实验结果表明,本文构建的实时仿真平台是有效的,可以用于研究FACTS装置对电力系统的影响及检测FACTS控制设备的性能。

基于智能帕雷托解的FACTS装置多目标优化配置

针对提高电网静态电压稳定性、输电能力、暂态稳定性等多个目标,设计灵活交流输电系统(flexible AC transmission systems,FACTS)装置优化配置的数学模型。在分析几种典型FACTS装置、静止无功补偿器(static var compensator,SVC)、静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)和可控串联补偿器(thyristor controlled series compensator,TCSC)功能特性的基础上,结合不同FACTS装置的投资费用,给出求解单目标最优解的计算方法。提出一种利用智能帕雷托(smartPareto,sPareto)解的方法获取多目标函数帕雷托(Pareto)前沿最精简的表示形式,直接反映各配置方案之间的折衷,实现方案的优化选择。在新英格兰39节点系统上对所提出的方法进行仿真验证,结果证实了上述方法的有效性和经济性。

计及FACTS装置的可用输电能力计算

利用功率注入法,建立广义统一潮流控制器(generalized unified power flow controller,GUPFC)和线间潮流控制器(interline power flow controller,IPFC)的数学模型。将GUPFC和IPFC的目标控制约束及运行约束即内部功率平衡约束和考虑等效功率注入模型的潮流约束嵌入到最优潮流计算模型中,得到计及GUPFC和IPFC的可用输电能力(available transfer capability,ATC)计算模型,并利用跟踪中心轨迹内点法对模型进行求解。IEEE-30节点系统的仿真计算显示GUPFC对节点电压和多条线路甚至某一子网络潮流的灵活控制能力及IPFC对线间潮流的合理分配能力;同时验证模型和算法的有效性和可行性。

基于Gramian的电力系统FACTS元件交互影响分析

在含有多个FACTS控制器的复杂电力系统中,各控制器间往往会存在交互影响,从而导致FACTS控制失稳。以四机两区域的互联电力系统为对象,对含SVC和TCSC的四机两区域电力系统进行了研究。运用基于Gramian的交互分析方法,对系统电气距离和负荷不同情况下FACTS元件之间的交互影响进行了分析,结果表明:随着FACTS控制器间的电气距离减小或系统负荷的增加,SVC和TCSC间的交互影响都更加剧烈,使控制器的动态性能变差,甚至有可能影响到系统的稳定性。通过时域仿真验证了基于Gramian的电力系统FACTS元件交互影响分析方法的正确性。

多FACTS广域抗时滞协调控制

提出一种基于自由权矩阵方法的多灵活交流输电系统(FACTS)抗时滞协调控制算法。该算法采用广域测量系统(WAMS)的输出反馈信号,考虑信号的传输时滞,使用自由权矩阵时滞稳定定理作为判据,同时保证时滞系统的最小阻尼比在一定阈值之上,利用量子遗传算法寻优获得多FACTS协调控制器的最佳增益。2台静止无功补偿器(SVC)算例的时域仿真结果验证了所提算法的有效性。

适用于多工况的多FACTS广域协调控制研究

灵活交流输电(Flexible AC Transmission System,FACTS)装置在电力系统中应用广泛,开展基于广域测量系统(Wide-area Measurement System,WAMS)的多FACTS协调控制研究是未来FACTS发展的主要方向之一。建立了广域集中协调控制架构,采用动态输出反馈控制结构,利用凸多面体的微分包含理论,提出了一种适用于多种工况的多FACTS协调控制算法;针对WAMS信号存在的固有时滞特性分析了算法的时滞裕度,使得算法在裕度范围内均可保证系统稳定运行。最后含SVC和TCSC的多机算例验证了所提算法,表明算法在多种工况中均表现出较好的控制效果,保证系统在强阻尼模式下运行。

多FACTS元件控制变量配对方法与协调投运策略

多个灵活交流输电系统(FACTS)元件接入系统中各FACTS元件控制器间存在负的交互影响。针对已有的变量配对方法和交互影响分析方法存在的局限和不足,根据NI指数理论,提出适用于大规模、多变量的基于NI指数的多控制变量配对方法,运用该方法找到使得控制器间交互影响最小的控制变量最优配对组合。通过对最优配对组合进行分析,得到最优配对组合中与交互影响的严重程度关系最大的一组输入-输出变量。依据这一关系,制定出相应的多FACTS元件协调投入控制策略。以第二代串联型FACTS元件——静止同步串联补偿器(SSSC)为例,通过仿真系统的计算与分析,证明了所提出的多控制变量配对方法的可行性;并利用PSCAD搭建了含多个SSSC元件的系统进行仿真验证,证明了所制定的协调投运策略是可行、实用的。