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。

计及静态安全域的多TCSC协调优化

随着新型电力系统的构建,柔性电力电子设备(FACTS)渗透率日趋增长,使得系统结构更加复杂,静态安全问题日益突出。基于等效功率注入法将晶闸管控制的串联补充电容(TCSC)等效为两个节点注入功率,并根据直流潮流模型得到计及多TCSC影响的静态安全域模型。定义静态安全域的广义体积指数,用以评估系统的静态安全情况。以TCSC安装位置及其等效电抗为优化变量,以安全域广义体积指数最大化为目标函数,构建多TCSC的协调优化模型,并以改进模拟植物生长算法进行模型求解。以IEEE 10机39节点系统为算例对所提方法进行分析,结果表明,该方法能够显著提高静态安全域构建的效率,在提高系统输送能力的基础上,能够最大限度地保障电网的安全稳定运行。

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。

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。

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.

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。

SVC与TCSC优化配置在电力系统静态电压稳定中的应用

为提高电力系统静态电压的稳定性,提出将静止无功补偿器(static var compensator,SVC)与可控串联补偿装置(thyristor controlled series compensator,TCSC)相结合并作用于电力系统线路中,运用动态连续潮流法计算电力系统静态电压稳定裕度的新方法。首先建立SVC与TCSC的稳态模型;然后引入节点参数因子和支路参数因子的概念,运用模态分析法确定系统母线和支路的薄弱点,并联SVC对母线薄弱点进行无功补偿,串联TCSC优化薄弱线路功率分配;最后运用动态连续潮流法求出静态电压稳定裕度。以IEEE-14节点系统进行仿真计算,并对无灵活交流输电(flexible AC transmission system,FACTS)装置、单独安装SVC或TCSC、SVC和TCSC相结合情况下的系统静态电压稳定裕度值作比较,结果表明所提新方法能够快速、准确地提高电力系统静态电压稳定性。

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。

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。

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。

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。

ASVG在江西电网的应用研究

针对江西电网存在的电压水平低和暂态稳定性差的现状 ,选择柔性交流输电的主要装置之一即先进的静止无功发生器为对象 ,以探讨柔性交流输电技术在江西电网的应用 采用MATLAB的电力系统工具箱 ,构造了一个先进的静止无功发生器 (ASVG)控制系统 ,并以之对ASVG的稳态运行及ASVG作无功控制器运行时的状况进行了仿真研究 利用电科院开发的PSASP/UPI ,编制了ASVG的用户程序 ,将其应用于江西电网进行仿真 。

STATCOM静止无功补偿装置在上海地区的应用

STATCOM(Static Synchronous Compensator,静止无功同步补偿器)是利用现代大功率电力电子器件的开关作用产生无功功率的装置,是FACTS(Flexible Altemating Current Transmission System,柔性交流输电系统)技术的核心.分析了上海电网黄渡分区的无功情况,并介绍了该分区实施安装的基于IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor,集成门极换流晶闸管)关断元件的STATCOM装置的结构原理,说明了STATCOM静态无功补偿装置在电网中的应用.该装置为柔性输电系统技术的应用与发展积累了运行经验.

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。

基于H桥级联的半波长交流输电柔性Π形调谐及其仿真分析

针对工程实际的应用,提出了基于H桥级联的半波长交流输电柔性Π形调谐方案,具体包括两组并联调谐器和一组串联调谐器。调谐器能灵活调节各自的输出,以适应输电系统参数和运行方式等变化。在PSCAD中建立了半波长交流输电柔性调谐等值仿真系统,设计了调谐器的容量、级联单元数、功率模块的直流电容值等关键参数,通过仿真分析验证了柔性Π形调谐的可行性、控制策略的有效性以及对系统参数和运行方式变化的适应性。柔性调谐还具有能灵活补偿系统的功率因数的优点。