关键字 |
| 电压稳定性，静态无功补偿器(SVC)，负载模型，SVC的位置，电压控制。 |
介绍 |
| 目前现有的电力系统网络都是大型且互连广泛的网络，由此造成的操作和控制以及提供保护的稳定性问题更加困难。在创建任何网络时，整个网络都必须在不同的稳定性条件下进行研究。电压稳定性是重要的稳定因素之一，它给电力系统网络带来了更多的困难。电力系统的电压稳定和控制领域已经产生了广泛而多样的分析贡献。系统设备静态和动态负载模型的存在对电压稳定性的影响较大。 |
| 电压稳定和控制是动态现象。据此，所需的系统导致系统的动态建模和制定，以及各种系统组件的充分性。在电力系统中，负荷模型可以分为两类，即静态模型和动态模型。两种模型之间的区别在于，静态负载模型不依赖于时间，因此，它描述了任何特定时刻的有功功率和无功功率与时间瞬间[3]的电压和/或频率的关系。另一方面，动态负荷模型将有功功率和无功功率的关系表示为电压随时间的函数。在某些情况下，电压稳定性研究需要用动态负载模型代替静态负载模型[4]。电压偏差导致不同负荷模型所在母线电压不稳定。这就提出了柔性交流传输在电力系统网络中的重要性。 |
| 电力电子领域的进步对柔性交流传输系统(FACTS)器件的发展产生了重大影响，这些器件根据晶闸管和电抗器和电容器的不同配置进行分类，如晶闸管控制电抗器(TCR)和带电压源逆变器的晶闸管开关电容器(VSI)[7]。不同类型的FACTS器件分别为静态无功补偿器(SVC)、晶闸管控制串联电容器(TCSC)和静态同步补偿器(STATCOM)、静态同步串联补偿器(SSSC)、统一潮流控制器(UPFC)[8]。这些装置用于控制输电网络中的潮流和补偿网络中的电压偏差。 |
| 静态无功补偿器(SVC)基本上是一个并联的静态无功发生器/吸收器，其输出被调整为交换电容或感应电流。众所周知，SVC通常通过调节SVC的电纳来作为负载平衡和功率因数校正装置，这可以通过控制TCR中晶闸管的发射角度来实现。因此SVC对电网的电压、电流、阻抗等特定的电力系统变量进行控制，其中典型的控制变量是母线电压。SVC通常被建模为固定并联电容器和TCR的组合。SVC连接到五母线系统中的不同负载母线，以显示不同负载(如静态和动态负载)对系统电压分布的影响。为了使母线电压保持在期望的水平，负载电压可以通过在电力系统的期望位置连接两个svc控制器来控制。 |
电力系统建模 |
| 所考虑的电力系统网络是一个简单的五母线系统，其中两个母线被认为是发电机母线，其余三个母线被认为是负载母线，用于连接不同类型的负载，如静态和动态负载，如图1所示。输电线路建模为串联R-L支路，忽略了线路电容。发电机采用带内阻的恒三相电压源进行建模。静载荷是载荷;有功功率和无功功率随电压的变化而变化，且与时间无关。 |
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| 电阻性负载以及电阻性负载和无功负载的组合被视为静态负载。负载被称为电阻性负载，其中电流与给定负载的电压相流动。在这些特殊的电阻负载中，有功功耗仅被观察到。这些负载被称为感性负载，它们所引出的电流滞后于电源电压90度。通过考虑这些感性负荷，可以观察到电力系统的无功功率消耗。 |
| 电阻性和感性负载的组合导致传输线上的电压下降，这意味着在组合负载连接的母线上可以保持较低的电压。通过考虑不同负荷的组合，可以观察到电力系统网络中的电压变化。通过研究母线上电压水平的变化，可以分析电压稳定问题，可以是稳态稳定，也可以是暂态稳定。 |
| 由于母线电压的动态变化和母线动态负荷的存在，导致了电力系统的稳定性问题。任何电力系统网络都必须研究网络处于动态状态下的稳定性问题。采用柔性交流输电网络可以克服电压稳定问题;这可以通过在电力系统网络中使用不同的FACTS设备实现，例如分流补偿和/或串联补偿设备。静态无功补偿器属于并联补偿装置的范畴，通过提高补偿装置所在母线的电压水平来克服稳定性问题。 |
静态无功补偿器的建模 |
| SVC的建模是基于网络的无功功率需求来补偿总线上的电压变化。SVC是晶闸管、电抗器和电容器的组合。SVC的运行和控制基于系统的条件，当系统维持在较低的电压水平时，SVC可以作为无功发电机，通过提供所需的无功功率来改善总线的较低电压水平。SVC可以作为无功吸收器，当总线的电压水平维持在额定电压水平之外。 |
| SVC器件由与可控硅控制电抗器(TCR)并联的固定电容器表示，如图2所示。TCR由电感为L的固定电抗器和双向晶闸管组成。 |
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| TCR的工作是基于给定晶闸管的发射角度。通过控制晶闸管的发射角度，可以控制流经晶闸管的电流，从而控制SVC的无功功率，从而控制总线上的电压。当晶闸管点火时，TCR的总电抗为 |
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| 其中L是电抗器的电感，α是对晶闸管的发射。晶闸管在相对于电容器电压的90°到180°的角度控制范围内对称发射。SVC的总等效电抗由 |
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| 其中xc是电容器的电抗，rx=xc/xl |
| SVC的控制结构由调节电路模型(RCM)和开关电路模型(SCM)组成。在如图3所示的RCM中，将负载总线上测量的RMS电压与参考电压进行比较，并将两者的差值作为PI控制器的输入。 |
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| 结果输出，然后转移的角度值和增加恒定的发射角度，然后由饱和块限制。图4所示的开关电路模型(SCM)向晶闸管提供发射脉冲，将来自调节电路模型的角度信号进行转换。晶闸管2接收每个相延迟180度的脉冲。 |
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仿真结果 |
| A.没有SVC |
| 每个总线上的电压水平必须通过考虑总线上的不同负载来观察。本文考虑了一个简单的5总线系统。在第一种情况下，通过考虑3,4和5总线上的RL负载，将观察到特定总线上的电压水平。在每一种情况下，总线保持低电压水平必须观察。第二种情况是将r -负载、rlc -负载、rl -负载同时连接到3,4和5总线上，可以观察到特定总线上的电压水平。在这种情况下，还应该观察到哪个总线保持低电压水平。在第三种情况下，每个母线的输出电压可以观察到r负载、RL负载、3,4,5母线位置的动态负载。在这种情况下，两台发电机位于母线1和2上，RL负载连接在其余的母线3,4,5上，如下图5所示，然后在每个母线电压电平上观察以获得低压母线。 |
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| 观察每个总线上RL负载的输出电压，如图6所示。通过观察，总线5的输出电压保持在较低的水平。因此，这是电压补偿装置的理想位置。 |
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| 同理，如图5所示，在考虑R、RL、RLC的情况下，各母线的输出电压分别为3、4、5母线的动态负载，且不需要观察任何电压补偿装置。 |
| 在表-1中，给出了R、RL、RLC、各母线动态负载时的输出电压，而不连接任何母线上的SVC控制器。 |
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| B.单SVC |
| 低压母线上的电压电平可以通过在该特定母线上放置任何补偿装置来提高。在本文中，SVC可以通过连接所需的总线来提高电压水平。在这种情况下，在一个简单的五总线系统中，R、RL、RLC负载分别位于3,4和5总线，如下图7所示。在这种情况下，负载母线的输出电压必须通过放置在低压母线上的单个电压补偿装置来观察。 |
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| 考虑负载母线上的R、RL、RLC负载，观察到各母线上的输出电压变化如下图8所示。如果我们观察到在第五母线上放置SVC与没有SVC情况相比，输出电压在第五母线上得到了改善。 |
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| 如图7所示，考虑R、RL、RLC的母线输出电压，需要分别观察3、4、5母线在单SVC电压补偿装置下的动态负载。在表-2中，考虑到所需总线上有一个SVC控制器，给出了每总线上R、RL、RLC、动态负载的输出电压。 |
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| C.两个svc |
| 在电网中需要多个FACTS设备，可以在不违反母线额定电压的情况下放置所需数量的补偿设备。 |
| 在这种特殊情况下，总线上的负载被认为是R, RL，动态负载。这里将观察负载总线上的输出电压电平。在这种情况下，负载总线的输出电压由两个补偿装置观察。 |
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| 考虑R、RL、动态负载，可以观察负载母线上的输出电压。在这种情况下，与单一SVC情况相比，两个补偿装置在所有总线上都保持了改善的电压幅度，可以在下面的图10中观察到。 |
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| 同理，如图9所示，需要观察考虑R、RL、RLC的母线输出电压，在2个SVC电压控制装置的情况下，分别观察3、4、5母线的动态负载。表3中给出了R、RL、RLC、3、4、5母线动态负载下，考虑到所需母线上有两个SVC控制器时的改进输出电压。 |
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结论 |
| 在互联电力系统中，存在着不同的稳定性问题。电压稳定问题对每根母线的电压水平产生重大影响。在本文中，观察了不同类型负载下各母线上的电压电平。在任何总线上的低电压都可以通过在需要的位置放置SVC器件来改善。在这个五母线系统中，SVC设备的理想位置是，在该位置母线保持低电压水平。观察了SVC在不同负载类型的低压母线上的性能，以及并联补偿器位置对电压幅值的影响。仿真结果表明，在不同的负载条件下，系统电压控制在理想的电压水平时，所需要的svc数量最小。 |
参考文献 |
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