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。

扩展等面积法暂态稳定分析的FACTS控制器模型

提出了应用扩展等面积法（ＥＥＡＣ）暂态稳定分析的ＦＡＣＴＳ控制器统一模型，将ＦＡＣＴＳ对暂态稳定的作用通过对电力系统的串联和并联控制来描述。研究了这一模型对电力系统网络方程、转子运动方程和 ＥＥＡＣ单机无穷大系统等值的影响，推导了适合于 ＥＥＡＣ各种方法和各类ＦＡＣＴＳ控制器的单机无穷大（ＯＭＩＢ）系统等值统一表达式。该模型被应用于伊－冯５００ ｋＶ可控串补的 ＥＥＡＣ暂态稳定分析，并应用中国电力科学研究院电力系统分析综合程序进行了校核，结果证明了这种ＦＡＣＴＳ模型是有效和正确的。

基于Prony分析的电力系统FACTS设备参数优化

针对互联电力系统中存在的区域间低频振荡问题,提出了基于普罗尼(Prony)分析的柔性交流输电系统(FACTS)参数优化方法,以提高系统阻尼。将基于Prony分析的联络线传输功率振荡主导模式阻尼比作为优化问题的目标函数,并提出了模式幅值比约束条件,建立了FACTS参数优化模型。采用了改进PSO(粒子群算法)算法求解该非线性优化模型,其中为了防止算法陷入局部收敛,引入了混沌运算以提高种群的多样性。为了验证优化方法的有效性,采用IEEE 4机11节点系统进行了仿真实验。研究结果表明,安装了经过参数优化的静止无功补偿器后,系统的联络线传输功率暂态调整时间减少了44%以上,区域间低频振荡得到了有效抑制。

浅谈(FACTS)技术在现代电力技术中的应用

本文对灵活交流输电技术进行了综述,对灵活交流输电系统中主要的几种控制器进行了介绍,重点介绍了相间功率控制器技术的国内外研究现状。

面向虚假数据注入攻击的电力系统移动目标防御综述

随着信息与通信技术在电力系统领域的深入应用,电力系统面临严重的网络攻击威胁。作为一种极具威胁的网络攻击,虚假数据注入攻击(FDIA)可以在不被不良数据检测机制发现的前提下,隐秘地误导电力系统应用。鉴于FDIA隐秘性与电力系统参数先验知识间的内在关联,电力系统移动目标防御(MTD)已成为FDIA检测的重要手段。对面向FDIA的电力系统MTD技术进行了综述。首先,介绍了电力系统MTD的原理。然后,分别从攻击检测有效性、防护隐秘性和防护成本方面综述了目前的研究进展。最后,在总结分析的基础上展望了发展方向。

UPFC接入大电网新能源系统的综合输电控制技术

随着新能源发电的迅速增加和能源供需广域平衡需求的日趋迫切,含新能源的大电网对柔性交流输电技术(FACTS)提出新的更高要求。在总结新能源发电背景和储能、MMC、WAMS等新兴技术的基础上,分析新能源的发电特性,对UPFC等FACTS接入电力系统的输电控制技术进行全面总结。针对UPFC接入新能源系统的潮流、稳定运行、电能质量等控制问题,提出了大电网新能源系统的关系结构模型及解决问题的思路,并指出UPFC控制技术与储能技术、新能源功率预测技术相结合,是减少因新能源发电并网而增加旋转备用容量投资的有效途径及重要方法。

阳城-淮阴500kV线路固定和可控串补方案的比较研究

针对山西阳城电厂至江苏淮阴500kV送出一期工程系统存在较严重的暂态稳定问题,利用电力系统仿真软件,分别以2005年华东福建互联后的整个详细网络和简化后的等值网络为研究对象,进行相应的机电暂态和电磁暂态2种模式下阳城送出的稳定计算。仿真结论表明,与固定串补相比,可控串补进一步提高了阳城送电的暂态稳定性能,通过减少故障引发暂稳问题时阳城电厂的切机台数而带来可观的经济效益。

晶闸管控制的串联电容补偿模型的综合研究

采用拉氏变换精确推导出适用于瞬时过渡阶段和稳态阶段的TCSC回路中电容器、电抗器和晶闸管元件的电压和电流数学表达式，再采用傅里叶分析进一步导出了TCSC基波阻抗和晶闸管触发角之间精确的数学关系。利用电磁暂态程序（EMTP）验证了TCSC回路数学分析的正确性。此外，建立了带有微机控制的完整的TCSC动模试验装置，并通过动模试验进一步同TCSC回路的数学分析和仿真结果作比较。动模试验的结果与理论分析和仿真的结论较好地吻合，且证实了数学分析和数字仿真中采用线路电流保持正弦假设的合理性。

晶闸管控制的串联电容补偿回路分析

在介绍晶闸管控制串联电容补偿（ＴＣＳＣ）基本概念的基础上，推导了ＴＣＳＣ回路中电容器、电抗器和晶闸管元件的电压和电流数学表达式，并由此进一步导出了ＴＣＳＣ基波阻抗和晶闸管触发角之间精确的数学关系．文中对现有的ＴＣＳＣ动态行为研究方法也作了定性的讨论和归纳．

柔性交流输电中多功能变换器STATCOM的建模

静止同步补偿器(STATCOM)作为柔性交流输电系统(FACTS)中的常用变换设备之一,其重要性和关键性体现在STATCOM可实现多功能控制。提出了新的、用于电力系统稳定运行研究的功能模型,并归纳了九种控制模式。其中,有两种模式与电流的大小控制有关。介绍了控制模式的替代方程。无功潮流和视在功率控制模式可用在任何电力系统的常规控制和安全控制。特别是在重新调度有功功率成本变高的电力系统中,该方法的控制效果更为显著。在传输线路上有过多无功功率时,这些控制模式对于无功功率的控制也非常有效。以IEEE30节点电路为例,验证了基于电力系统稳态模型的多功能STATCOM的运行和控制具有可行性、有效性。该研究可以显著地控制有功功率的成本。

调谐型相间功率控制器稳态电压基本可行域的解析

首先,基于相间功率控制器(IPC)的通用电路模型,分析了IPC稳态电压的基本关系;其次,针对参数共轭条件,提出并定义了调谐型IPC(TIPC)正常稳态运行电压基本可行域的概念及其基本形式,并在此基础上,重点解析了受端等效负荷、电容和电感的电纳、移相环节参数在满足电压基本可行域的前提下各自应该界定的基本可行域;最后,通过典型TIPC的仿真分析,说明了不同TIPC在基本可行域方面存在的差异。本文工作为进一步优化调控基本可行域奠定了基础。

可控串联补偿技术及其应用介绍

介绍可控串补技术的基本概念,如系统构成、基本原理、控制调节特性及其主要功能等。汇总国内外可控串补技术的工程应用情况,并探讨可控串补技术在我国电力系统的应用前景。

基于IGBT的一种新型柔性交流输电系统静止同步补偿装置

传统的静止无功补偿装置存在诸多缺点,而采用最新型的高度通用的静止同步补偿器(SSC),可以满足新的电力市场需要。SSC是一种并联型无功补偿装置,能发出或吸收无功功率,以控制电力系统中的特定参数。通过对SSC的结构、原理、伏安特性以及优点进行分析,为该装置的应用提供技术支持。分析表明,所有FACTS装置对加强暂态稳定性的作用比高起始励磁系统好,SSC要比现行采用的SVC性能更好。

柔性交流输电系统交直流潮流可靠性评估模型

根据串联补偿器(TCSC)、晶闸管控制移相器(TCPST)和统一潮流控制器(UPFC)的工作原理,从交流和直流潮流的视角建立了潮流计算和最优负荷削减模型,采用状态枚举法在RBTS可靠性测试系统中进行分析和验证,结果表明采用交流潮流模型能更准确评估FACTS元件对系统可靠性的影响;而直流潮流模型计算耗时较少,且当节点电压约束不是刚性约束时,所得结果与交流潮流模型结果相近。

一种针对串联补偿的综合效益评估方法

针对电力系统快速发展以及大规模新能源入网需要越来越多的柔性交流输电系统(flexible alternative current transmission systems,FACTS)设备参与建设和运行成本高、不合理的容量配置导致可靠性和经济性失衡的问题,综合利用FACTS设备和常规固定补偿设备(fixed series compensation,FSC)成为必然的选择,相应的效益评估也成为必要的环节,为此,提出一种针对FSC和可控串联补偿装置(thyristor controlled series compensation,TCSC)联合补偿的综合效益评估方法,建立评估模型,给出相应的计算公式以及解决方法。最后结合大规模风电基地并网问题,验证综合效益评估法的合理性和有效性。

基于PSASP的IPFC功率注入模型研究

线间潮流控制器(IPFC)能实现不同线路间功率的定向、定量交互,解决电网潮流分布不均的问题,具有较好的应用前景。然而,目前用于大电网分析计算的主流软件中均未开发IPFC模型,导致难以对其控制潜力及应用前景进行评估。文中研究了电力系统综合程序(PSASP)下的IPFC建模方法。首先,采用功率注入法推导了IPFC装置的数学表达式。在此基础上,基于PSASP软件的用户自定义(UD)功能,搭建了IPFC的稳态控制模型,并给出了IPFC的潮流计算原理和实现方法,完成了PSASP潮流程序和用户自定义模型之间的交互迭代。仿真算例验证了文中所建模型的有效性和准确性。

先进交直流输电技术在中国的发展与应用

人类社会的发展进步对能源供给和使用模式提出了新的要求。大规模化新能源电力传输,能源供需广域平衡,大容量高效变流等新技术需求相继涌现,对传统的电力输送技术带来了深刻变革与挑战。先进交直流输电技术是在传统输电技术的基础上,通过新的技术来提升输送能力和效率,实现高效、智能、环保的电能传输。文中针对我国基于电力电子技术的先进交直流输电技术发展情况,总结灵活交流输电、特高直流输电、柔性直流输电及直流电网等先进输电技术的发展历程、取得的成果,并指出未来相关技术领域今后的重点发展方向。

基于模糊逻辑的UPFC线路新型正序故障分量方向元件

统一潮流控制器(UPFC)可以灵活控制线路潮流,提高电力系统运行稳定性,但其接入会对线路保护的动作性能产生影响。针对UPFC线路正序故障分量方向元件在反方向故障时易发生误动的问题,提出了基于模糊逻辑的适用于UPFC线路的新型正序故障分量方向元件。首先,通过增加UPFC线路侧电压互感器,与原有的母线电压和线路电流测点组成新型保护单元。在此基础上,对传统方向元件的动作区域进行划分,进而应用模糊逻辑,通过设置合理的隶属度函数、权重和故障方向判据,利用综合隶属度函数实现故障方向的判别。最后,基于PSCAD/EMTDC的大量仿真结果表明,新型方向元件在UPFC不同运行方式、不同故障类型和过渡电阻等条件下,均可正确判别故障方向,保障了UPFC接入后电网的安全可靠运行。

基于电压稳定及FACTS配置的输电能力的研究

输电能力是电网技术的重要指标,也是反映电网输电容量的市场信号。介绍了考虑电压稳定性后,采用线路电压稳定指标快速筛选出严重预想事故集,并用连续潮流法计算输电能力;同时叙述了采用临界状态下线路电压稳定指标来评估FACTS配置安装地点对输电能力的影响,以快速捕获最佳安装位置。通过IEEE5节点和IEEE30节点标准系统验证了此方法的有效性。

Overview of power electronics technology and applications in power generation, transmission and distribution

The main objective of this paper is three-fold.First, to provide an overview of the current status of the power electronics technology, one of the key actors in the upcoming smart grid paradigm enabling maximum power throughputs and near-instantaneous control of voltages and currents in all links of the power system chain. Second, to provide a bridge between the power systems and the power electronic communities, in terms of their differing appreciation of how these devices perform when connected to the power grid. Third, to discuss on the role that the power electronics technology will play in supporting the aims and objectives of future decarbonized power systems. This paper merges the equipment, control techniques and methods used in flexible alternating current transmission systems(FACTS) and high voltage direct transmission(HVDC) equipment to enable a single, coherent approach to address a specific power system problem, using ‘best of breed’ solutions bearing in mind technical, economic and environmental issues.