本文于1996年4月15日收到,于1996年10月23日改回 作者简介见本刊1996年第6期第361页第17卷第6期 1997年11月中 国 电 机 工 程 学 报 Proceedings of the CSEEVol .17 No.6 Nov.1997静止无功补偿器对电压稳定性的影响孙元章 王志芳 卢 强(清华大学电机系 北京 100084)提 要 本文对静止无功补偿器(SVC)的控制建立计算 机仿真模型,并在三机十一母线系统中进行负荷微增的仿真, 通过仿真的结果,我们可以看出,在到达其上限之前,对系统的电压稳定性有一定改善,并比较了不同功率因数的负荷微 增下的SVC对电压稳定的影响 关键词:电力系统 电压稳定性 动态仿真 SVC (静止无功补偿器)1 引言利用静止无功补偿器(SVC)或称静止无功补偿系统 (SV S)来改善系统电压质量和提高电力系统在小干扰和大干扰下的稳定性,已获得较为广泛的应用SVC的基本功能,是 从电力网吸收或向电网输送可连续调节的无功功率,以维持 装设点的电压恒定,并有利于电网的无功功率平衡 在远距离输电系统中,若输电线路的中点装设静止无功 补偿器,通过连续的调节,可以维持该点的电压恒定,相当于 将该输电线路的输电距离缩短了一半,这样就使得远距离输 电系统在小干扰和大干扰下的稳定性均得以改善,当然电压 质量同时也得以提高。
由于静止无功补偿器具有控制快速、 维 护简单、效果显著等优点,因此其应用正日趋广泛[1] 电压失稳和电压崩溃被认为是电力系统运行的约束,近 年来的大量研究使得对于该现象有了较透彻的了解[2, 3, 4]电压稳定问题随着电力系统的发展已显得越来越重要,研究SVC对于电力系统的电压无功稳定性的影响具有重要的意 义[5]评述了SVC的改善电压稳定的作用,认为SVC在其 可调范围内,对系统的电压稳定是有利的SVC控制规律是 当网络节点电压下降之后,增大SVC系统的容性感抗,从而 向系统提供无功支持,所以对系统的电压稳定性有利[6] 本文 对SVC的P I D控制建立计算机仿真模型,并在三机十一母线 系统中进行负荷微增的仿真,通过仿真的结果,我们可以看 出, SVC在到达其上限之前,对系统的电压稳定性有一定改 善2 静止无功补偿器的结构及控制规律应用于电力系统的静止无功补偿器的结构有多种类型, 本文所研究的是可控硅控制电抗器(TCR)的SVC图1给出了单相可控硅或晶闸管控制电抗器(Thysistor ControlledReactor)的电路,简称TCR电路,由一个电抗器与两组可控 硅串联而成,这两组可控硅接成正反向并联被称为TCR阀。
图1 TCR电路Fig.1 Circuit of TCR 控制可控硅触发角 Α从90° 变化到180° 时,电抗器电抗值 就相当于从jΞl变化至0,其电纳值为:BTCR=BL2Π-2Α-sin2Α Π(Α取弧度值)(1)其中BL= -1 X= -1 ΞL 如果把一个固定的电容器组(Fixed Capacitor Bank)与TCR 并联,就组成TCR- FC型补偿装置, TCR- FC型SVC补偿 装置结构图如图2图2 可调电抗器—固定电容器型SVCFig.2 Thyristor- controlled reactor f ixed capacitor SVC 则总电纳为BSV S=BΡ(BC+BTCR) BΡ+BC+BTCR:(2)当可控硅的触发角 Α= 180° 时,BTCR= 0,此时SV S装置最大 的图3 TCR- FC型SVC的电压电流特性Fig.3 V-Iproperty of TCR- FC SVC 电纳值为:BSVSmax=BΡBC BΡ+BC(3)当可控硅的触发角 Α= 90° 时,BTCR=BL,此时SV S装置最小 的电纳值为:BSVSm in=BΡ(BC+BL) BΡ+BC+BL(4)当 Α在90°～180° 之间变化时,BSVS就在BSVSm in～BSVSmax之内 以非线性关系变化。
TCR- FC型SVC的电压电流特性如图3所示(相应参数为BΡ= - 6.0, BC= 0.857, BL= - 1.173)该装置的P I D控制规律如下面框图所示,即: dD X1 d t=1 0. 02(-D X1+Vso-VsdD X2 d t=1 T2(-D X2+KbD X1+KbT1dD X1 d t),dBTCR d t=1 Tb(-BTCR+BTCR0+D X2)BTCRm in≤BTCR≤BTCRmax(5)经过限幅之后,控制器输出BTCR,根据公式(2),计算 出BSVS,并入系统网络的导纳阵,假设该SV C装置接在系统 的K节点上,则B II(k) =B II(k) +jBSVS,B II(k)为系统导纳矩阵Y中K节点的自导纳此时, SVC向系统发出的无功功率为QSVC=V2 SVS3BSVS吸收的无功电流为:ISVC=jVSVCBSVC图4 SVC的PI D控制框图Fig.4 D iagram of SVC PI D control3 仿真结果下图5所示为仿真所采用的三机十一母线系统简图,通 过节点7处负荷3的微增仿真电压的长期崩溃过程在节点5处设置P I D控制的SVC,比较了有SVC和无SVC两种情 况下的系统动态过程。
仿真条件如下(系统网络参数参见[6]第一章):1)负荷1, 2为恒阻抗特性;负荷3为负荷微增模型2)OL TC1和OL TC2采用模型如下:tC3da d t= -ßVKß+Vref,Tc3=(Tdo+Tm)DB 2 n,其中参数为:Tdo= 10s,Tm= 20s,DB= 0.01400,n=0. 00625,a为OL TC在负荷侧的变比.关于该模型的详细说 明请参考[6]第二章3)负荷3为负荷微增模型(微增率为0.01p.u?s),当 负荷按一定的功率因数逐渐增大时,求解网络方程即可以得 到鼻形曲线 曲线的下半段是无意义的解,因为此时系统的电 压水平已经降到无法接受的水平,为清楚表示出临界电压和 临界功率,仍然将计算得到的解画在图中4)SVC采用公式(5)所示的模型,参数为:T1= 0. 1s,T2= 0. 001s,Tb= 0. 05s,Btm in= 0. 0000,Btmax= 1. 1005)发电机采用P I D励磁控制473中 国 电 机 工 程 学 报第17卷图5 仿真系统简图Fig.5 D iagram of a si mulation system图6 cos<= 0.00的负荷微增功率-电压曲线图7 cos<= 0.85的负荷微增功率-电压曲线Fig.6 Load increation-voltage curve(cos<= 0.01)Fig.7 Load increment-vltagecurve(cos<= 0.85)图8 cos<= 1.00的负荷微增功率-电压曲线Fig.8 Load increation-voltage curve(cos<= 1.00)图9 SVC装设点电压曲线Fig.9 Voltage curve of SVC图6, 7和8分别为功率因数为cos<= 0, 0. 85, 1. 00时, SVC 对电压稳定性的改善效果。
临界功率的提高如下表所示表1 SVC对电压稳定性的改善程度比较Tab .1 Comparison of i mprovement of voltage stability by SVCPcr0PcrQcr0Qcr∃Scr?Scr0cos<= 0.00- - -- - -1.01101.38937.4%cos<= 0.851.61492.030 1.00081.25824.8%cos<= 1.003.3323.803- - -- - -14.1%图9, 10, 11为SVC的动态特性曲线图9为SVC装设点处 的电压曲线比较,当系统电压由于负荷微增而逐渐降落时,SVC系统可以提供无功支持,而维持住装设点处的电压图10是SVC系统在此过程中发出的无功功率曲线,对照图11(为SVC等效电纳的动态曲线)可以看到,在SVC到达其上限之前,其对系统的无功支持是十分有效的,而一旦SVC达 到其最大值, SVC就相当于一个固定电容器,此时系统仍然处于比较紧张的状态, SVC变成一个固定电容器之后,其输出的无功功率就会随着电压的降落而减小,不能提供必要的 电压支持,所以会引起电压的迅速崩溃573 第6期静止无功补偿器对电压稳定性的影响图10 SVC的无功输出曲线Fig.10 VAR output of SVC图11 SVC的等效电纳曲线Fig.11 Equivalent adm ittance of SVC 4 结 论通过以上的仿真和分析,可以得出如下结论:1. P I D控制的SVC在系统中相当于一可变电纳,随着电 压的变化而改变其电纳值,在到达其上限之前,能够向系统提 供有效的电压无功支持,从而维持装设点的电压基本不变。
2. P I D控制的SVC到达其上限之后,便相当于一固定的 电容器,其无功输出会随着电压的降落而减小,相比SVC的 正常工作状态,其无功支持作用是十分恶劣的3.为了避免SVC到达其极限后的不良特性,应尽量增大SVC的容量,并且选择合适的装设点5 参考文献1 卢强,孙元章.电力系统非线性控制.1993:242～264 2 段献忠.电压稳定性问题的机理和建模及实用算法研究. 华中理工大学博士学位论文, 1992 3 M ansour Y.Voltage Stability of Power System:Con2cepts, A nalytical Tools and Industry Experience IEEE PES Special Publicaton, No.90TH0358, 1990 4 Taylor C.C IGRE TF 38.02.10. M odelling of VoltageCollapse IncludingDynam ic Phenomena. C IGRE Brochure No.75, 1993.Fummary in Elctra No.149, April 19935 A del E. Hammad. Dynam icsofVoltage Stabilityw ith Spe2cial Reactive Power Compensation and HVDC Controls. The Bulk Power System Voltage Phenomenon2¸Sem i2 nar on Voltage Stability, Security33 (4)3 韩文,韩祯祥 1 电力系统的恒电势模型 1 第十一届电自专 业年会,成都, 1995A NewM ethod Identifying Voltage Stability and Angle StabilityH an W en,H an Zhengx ing(Zhejiang U niversity Hangzhou 310027 China)Abstract The paper gives the concepts of generator and load matrix on the basis of constant e1m1f1model and aquires a new method identifying voltage stability and angle stability in power system s, by which, the stability of a 62machine2222 bus system has been checked1 Key Words:constant e1m1f model augmented power flow matrix generator matrix load matrix673中 国 电。