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。

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。

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。

计及FACTS元件的发输电系统可靠性评估模型

灵活交流输电(FACTS)技术的利用能够对电力系统可靠性产生重要影响.晶闸管控制的移相器(TCPST)和串联补偿器(TCSC)作为串联FACTS设备能够改变电力潮流的自然分布和有效缓解输电阻塞,静止无功补偿器(SVC)作为并联FACTS设备能提供无功支持和维持系统电压稳定,将它们对电力系统可靠性的影响进行了定量评估.研究了TCPST、TCSC的潮流计算模型以及计及TCPST、TC-SC和SVC的最优负荷削减模型,从而将FACTS设备有效纳入可靠性评估模型中.提出的方法在RBTS可靠性测试系统上进行了验证,计算结果表明FACTS设备能对系统可靠性产生重大改善作用.

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。

大功率电力电子装置等效试验方法及其在电力系统中的应用

大功率电力电子装置核心组件试验的目的是验证其符合设计准则,并确保大功率电力电子装置在正常及故障条件下都能完成预定的工作目标而不至于损坏或影响到所接入的电力系统。随着电力电子装置在电力系统中的广泛应用,大功率电力电子组件的试验技术已成为电力电子技术发展和工程应用极其重要的组成部分。电力电子装置容量的日益提高使得很难直接在电力系统中进行试验,等效试验成为必然的选择。由于其自身的高度复杂性,大功率电力电子组件等效试验方法的研究通常比传统电力设备更复杂、难度更大。大功率电力电子组件试验等效分析的目的是:首先从机理上保证在一定的试验条件约束下,试验方法及试验装置产生的电流、电压、机械和热应力等应与被试电力电子装置在实际运行中所遇到的各种工况具有等价效果;其次是利用必要的试验条件对试品耐受能力作出合理的评价。文章重点对大功率电力电子装置的等效试验机理、等效试验方法和技术应用进行了全面研究,相关研究成果已成功地推动了灵活交流输电技术和高压直流输电技术的工程化进程,为电力系统电力电子技术在中国电网成功应用奠定了重要的理论基础和实验平台。

具有短路限流功能的统一潮流控制器设计

统一潮流控制器(UPFC)在电力系统发生短路故障时,其串联变换器极有可能因承受系统高电压和大电流的冲击而损毁。针对该问题,提出了一种新型柔性交流输电系统装置——具有短路限流功能的统一潮流控制器(简称限流式UPFC),给出了其主电路拓扑结构、工作原理和控制策略。PSCAD/EMTDC软件的建模和仿真结果表明,在电网正常运行状态下,该装置特性等效为常规UPFC;当电网在装置安装点附近发生短路故障时,装置中的限流器模块能立即自动从零阻抗转变为高阻抗,将系统及流经UPFC的短路电流限制到较低数值,保护了UPFC免受系统高电压和大短路电流的冲击,同时也降低了系统的短路电流水平,增加了系统的可靠性和经济性。

限流式统一潮流控制器的动态分析与实验

限流式统一潮流控制器(UPFC)是一种可以有效应对系统短路电流冲击的新型柔性交流输电系统(FACTS)装置。文中分析了系统短路时限流式UPFC的详细动态过程和限流工作原理,建立了故障下的数学模型。以系统限流指标、直流电容电压限值和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)电流限值3个条件为依据,给出了直流限流电感的计算方法和选取原则。100V/3kVA限流式UPFC实验装置平台的实验结果证实了限流动态过程分析的合理性和限流式UPFC的有效性。

电力系统模数混合试验系统

为了研究新型继电保护和各种探制设备,必须建立一种准确而有效的电力系统实时试验系统,文中讨论了电力系统动态模拟和实时数字仿真(RTDS)的建模、相似性、试验方法和有效性.基于两种试验系统的互补性,作者提出一种模数混合试验系统,在这种混合试验系统中可以进行电力系统控制设备和继电保护的各种性能试验与研究.

SVG自适应无功检测方法及控制系统的研究

柔性交流输电系统对智能电网的发展至关重要,新型的静止无功发生器(SVG)是柔性交流输电系统的关键设备。SVG的补偿效果取决于对电网无功电流的检测精度。本文首先建立了SVG的数学模型,结合自适应理论实现瞬时无功电流检测的噪声对消,对现有无功检测技术加以改进,从而提高系统无功电流检测的精准度。确定了配合改进算法的直接电流控制策略,设计了SVG无功补偿系统框图;仿真结果表明:SVG无功补偿系统能够有效的补偿三相电网侧的无功功率,基于自适应理论的无功检测算法能够提高补偿效率,平衡稳定电网输出,从而保证电能质量。

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。

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。

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。

SiC电力电子器件对电力系统的影响

宽禁带SiC材料被认为是高性能电力电子器件的理想材料,比较了Si和SiC材料的电力电子器件在击穿电场强度、稳定性和开关速度等方面的区别,着重分析了以SiC器件为功率开关的电力电子装置对电力系统中柔性交流输电系统(FACTS)、高压直流输电(HVDC)装置、新能源技术和微电网技术领域的影响。分析表明,SiC电力电子器件具有耐高压、耐高温、开关频率高、损耗小、动态性能优良等特点,在较高电压等级(高于3 kV)或对电力电子装置性能有更高要求的场合,具有良好的应用前景。

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．

交直流混合系统低频振荡的概率特征根分析

研究低频振荡的传统特征根方法是基于单一的系统运行方式,而概率特征根分析则计及了较宽的系统运行方式变化。高压直流输电HVDC是一种典型的柔性交流输电FACTS装置,它可以改善系统的动态特性。将现有的概率特征根分析扩展到包含HVDC功能模块,能完成交直流混合系统的概率特征根分析。对四机两区域的交直流并联系统在选定的控制器参数下进行试算,结果表明,系统在多运行方式下研究交直流混合系统的低频振荡是可行的。