利用statcom提高多机稳定性

Parul Taneja 1, Lakhwinder 2

印度旁遮普Fatehgarh sahib B.B.S.B工程学院电子工程系研究生
印度旁遮普省Fatehgarh sahib B.B.S.B工程学院校长

摘要

本文研究了STATCOM在提高多机电力系统稳定性方面的作用。STATCOM用于在动态状态下注入适当的无功功率来控制电力系统的潮流。仿真结果表明，STATCOM不仅能显著提高系统的暂态稳定性，而且能补偿稳态时的无功功率。因此，STATCOM可以提高交流传输系统的可靠性和性能。为了说明事实控制器(STATCOM)的性能，本文考虑了一个三机九总线的多机电源系统。

关键字

MATLAB;仿真软件;STATCOM;

介绍

输电线是用来将电力从发电厂输送到终端用户的。整个过程分为两个主要部分:传输和分配。电力在电站按要求产生，可加码，并通过传输线输送。然后，电力被降下，通过配电线路输送到消费者手中。

电力系统是由不断将机械能转换成电能并将电能从发电源传输到负载的部件组成的互联网络。世界上大多数电力供应系统(如果不是全部的话)都是广泛互联的，这涉及到各自领土内公用事业公司内部的各种连接，这些连接扩展到公用事业公司之间的互连，然后扩展到区域间和国际连接。

电力系统主要有三个独立的组成部分，即:

1)代

2)传输

3)分布。

电力在发电站由同步交流发电机产生，通常由蒸汽或水轮机驱动。几乎所有的发电都发生在可能包含多个这样的涡轮-交流发电机组合的发电站，即涡轮-交流发电机。根据所使用燃料的类型，电站可分为火电、水力、核能等。这些电站中的许多都位于远离负荷中心的地方。因此，这些电站产生的电力必须经过很长的距离传输到通常位于城镇的负荷中心。这个过程叫做动力传递。

2电力系统稳定性

电力系统稳定性是指电力系统在正常运行条件下能够保持在运行平衡状态，并在受到干扰后能够恢复到可接受的平衡状态的一种特性。

根据IEEE(美国)，稳定性可以定义为:

“一个系统或系统的一部分的属性，使其能够在各要素之间产生相等或大于分配力的恢复力，从而恢复各要素之间的平衡状态。”

扰动可分为以下两类:

小扰动是一种可以通过线性化方程来分析系统动力学的小扰动。负荷或发电量的微小变化可称为小扰动。如果该线上的初始潮流不显著，则该线上的初始潮流可认为是一个小扰动。

大扰动是导致母线电压突然下降的扰动。它们需要采取消除故障的补救措施。故障发生的时间长短对系统的稳定性影响很大。

电力系统的稳定性可分为三大类，即:

1)稳态稳定性

2)暂态稳定性

3)动力稳定性

对于特定的稳态运行条件，电力系统是暂态稳定的;对于较大的扰动或一系列扰动，如果在这些扰动之后，电力系统达到可接受的稳态运行条件。它是指在突然的、较大的变化(如突然的负载变化)下可能产生的最大功率流量。值得注意的是，虽然稳态只是操作条件的函数，但暂态稳定是操作条件和扰动的函数。1为电力系统稳定图。

电力系统在连续小扰动下保持稳定的能力称为动态稳定(也称为小信号稳定)。这些小的扰动是由于负荷和发电水平的随机波动而产生的。在一个相互交织的电力系统中，这些随机变化可能导致灾难性的故障，因为这可能迫使转子角度稳步增加。

3静态同步补偿器

一般情况下，STATCOM用于产生或吸收无功功率。STATCOM的有源发电或吸收能力通常用于特殊情况下，如增强稳态和瞬态电压控制，提高凹陷消除能力。

A.基本操作

STATCOM的基本电子块是电压源逆变器，它将输入直流电压转换为基频三相输出电压。STATCOM最简单的形式是由一个耦合变压器、一个电压源逆变器和一个直流电容器组成。在这种安排下，设备和交流系统之间的稳态功率交换主要是无功的。STATCOM的功能模型如图2所示

调节STATCOM输出电压的幅值可以控制STATCOM与交流系统的无功功率交换。如果STATCOM输出电压幅值与交流系统电压幅值相等，则无功电流为零，STATCOM不产生吸收无功功率。如果STATCOM输出电压的幅值增加到交流系统电压的幅值以上，电流通过变压器电抗从STATCOM流向交流系统，设备产生无功功率(电容性)。如果STATCOM输出电压的幅值降低到交流系统的幅值以下，则电流从交流系统流向STATCOM，导致器件吸收无功功率(电感)。由于STA'I'COM只产生/吸收无功功率，当忽略电路损耗时，输出电压和交流系统电压是同步的。从STATCOM提取的电流相对于交流系统电压有90'位移，它可以是先导(产生无功功率)或滞后(吸收无功功率)。电容用于维持逆变器的直流电压。一种基于六个二极管的无控制整流器，用于保持电容器充电到所需的水平。

b .无功功率控制原理

通过STATCOM控制无功功率的原理是众所周知的，通过控制STATCOM输出电压相对于系统电压的大小，可以调节STATCOM和系统之间无功功率交换的类型(电容性或感性)的数量。STATCOM提供的无功功率为:

四、多机系统仿真及结果

流行的西部系统协调委员会(WSCC) 3机9母线实用电力系统是一种应用广泛和使用频率很高的系统，图3显示了3机9母线WSCC系统。这里假定负载用恒阻抗模型表示。

系统基准MVA为100，系统频率为60hz。所有时间常数都以秒为单位。采用MATLAB/Simulink模块对整个系统进行了建模。

答:结果

案例1-多机(3机9总线)WSCC系统的MATLAB/Simulink模型，包含三相故障且没有STATCOM。在暂态稳定性研究中，分析了发电机相对角位置随时间的变化规律。转子的相对角位置计算如下:

2_1 = 2- 1

3_2 = 3- 2

3_1 = 3- 1

其中del 1, del 2和del 3是发电机M1, M2和M3的转子角

图4.1为9线和4线三相故障时3机9线系统相对角位置随时间的变化情况。由于故障，系统进入不稳定状态。整个模拟时间为20秒。

案例2- 3机9总线WSCC系统的MATLAB/Simulink模型，其中总线9和总线4之间发生三相故障，STATCOM位于总线9和总线4之间。对于暂态稳定，分析了相对角位置随时间的变化。整个模拟时间为20秒。

图4.2为9线和4线三相故障时3机9线系统相对角位置随时间的变化情况。

分析了STATCOM的位置，研究了系统发生故障时STATCOM的最佳位置，以及delt2_1、delt3_2和delt3_1三个相对角位置达到稳定所需的时间。整个模拟时间为20秒。

V.CONCLUSION

本文研究了多机电力系统在不同故障状态下的稳定性改善问题。当三相故障在总线9和总线4之间，没有STATCOM时。由于故障，系统进入不稳定状态。当总线9和总线4之间以及与STATCOM之间发生三相故障时，STATCOM在同一条线的中点，即总线9和总线4之间找到其最佳位置。因此，在相同的情况下，与STATCOM的其他位置相比，系统稳定得非常快。利用MATLAB/Simulink软件对STATCOM FACTS控制器下的多机(3机9总线)WSCC系统进行了仿真。该仿真也可推广到多故障系统和复杂多机系统。

参考文献

N.G Hingorani, l.g yyugyi，“了解柔性交流传输系统的事实、概念和技术”，IEEE出版社，纽约，2000年。
Prabha Kundur，“电力系统稳定性与控制”，McGraw-Hill国际版，1994。
P. M.安德森，A. A.福阿德，“电力系统控制与稳定性”，科学出版社，Ephrata, Pa 17522, 1977。
K.R.帕迪亚尔，《输配电中的事实控制器》，新时代国际(P)有限公司，出版社，2002年。Ricardo Davalos Marin“多脉冲STATCOM的详细分析”。