針對電力系統中含FACTS的常規潮流計算分析與討論

彭子康 盧濤

摘 要：為了實現未來的電力系統具有更強的自身調控能力這一目標，隨著FACTS（flexible AC transmission system）技術的迅速發展，越來越多柔性交流輸電裝置如SVG、TCSC、T CPS和UPFC等投入電力系統運行中。由于這些柔性交流輸電裝置的潮流調節和其它的控制功能很強，所以其對整個系統的運行狀態有著非常大的影響，柔性交流輸電系統越來越受到各學者的研究與探討。

關鍵詞：FACTS；潮流調節；控制

1 FACTS的穩態潮流計算模型

FACTS元件中幾種應用廣泛且具有很高實用價值的成員的基本工作原理做了闡述。對于含靈活交流輸電裝置的電力系統來說，必須根據FACTS的基本工作原理建立其數學模型，進而得到相應的潮流方程并研究求取潮流解的方法。由于柔性交流輸電裝置的應用在整個電力系統中日趨普遍，但鑒于不能充分考慮其對電力系統的影響，傳統的計算潮流方法已經不再適用，所以必須研究新的潮流計算方法，使其能全面考慮柔性交流輸電裝置對電力系統帶來的影響。

由于必須考慮FACTS元件對電力系統電壓和潮流的調節和控制作用，以及其帶來的新的狀態變量和相關約束條件，含FACTS元件的潮流計算與常規潮流計算有所不同，含柔性交流輸電元件的常規潮流分析不同于常規潮流計算分析只考慮節點邊界條件，其除了考慮常規潮流的限制條件外，還包含如支路潮流控制目標等的支路邊界條件。除此之外，約束條件計及相關柔性交流輸電元件的內部約束方程和相關元件的運行可行域，鑒于此，它與傳統的潮流計算是不可避免的不同特性。解偶型和耦合型是柔性交流輸電裝置潮流計算模型的兩大類，而并聯型、串聯型以及串并聯綜合型是按柔性交流輸電元件與電力系統的聯結方式劃分的。

2 并聯型FACTS的潮流計算模型

SVC和STATCOM二者都屬于并聯型FACTS裝置，向系統注入或者從系統吸收無功功率，二者都可以看作是并聯在系統節點上的可變電抗，亦可等效為并聯在電力系統節點上的無功電壓源或者無功電流源。并聯型FACTS元件在電網系統潮流計算中的處理相對其他類型比較簡單。在電力系統中，它們通常以對該節點的電壓提供支撐作為控制目標，即保持安裝位置節點電壓的幅值恒定并在允許的范圍內浮動。鑒于此，在電力系統潮流計算中，通常將裝有該類裝置的節點作為PV節點處理即可，解出電力網絡潮流分布情況后，就可以算得安裝FACTS元件節點電壓的相位角與維持該節點電壓所需提供的無功，下一步就可以計算出并聯型柔性交流輸電裝置的控制參數值。還必須注意，在求解潮流的過程中檢查裝置滿足無功需要的能力，其容量通常是由最大允許正常電流能力決定的。當電流超過允許的最大值，表明裝置在給定電力系統運行狀態下不能保持節點電壓，這種情況下就將二者的運行方式由對電壓提供支撐改為為給定輸出無功功率，改變控制目標之后，將裝有它們的節點改為PQ節點，并重新計算的網絡潮流分布。[1]

當系統在SVC或STATCOM裝設點對無功功率的需用在補償裝置的額定容量之內時，SVC與STATCOM在功能上無優劣之分。SVC或STATCOM主要的差別是在無功越限的時候，也就是維持安裝節點電壓所需的無功功率超過了SVC或者STATCOM所能提供的最大無功功率即額定容量。當對安裝位置節點電壓提供支持所需提供無功小于額定容量的情況下，二者在作用上并沒有明顯好壞之分。在無功功率越限的時候，靜止無功補償器可以等效為電抗器或者電容器，如左圖可知SVC越限后輸出的無功電流與系統電壓成正比，所以靜止無功補償器提供的無功功率補償與安裝位置節點電壓的平方成正比；靜止同步補償器可以等效為恒定無功電流源，由圖1可知，STATCOM越限后無功電流與安裝位置的系統節點電壓無關，其提供的無功功率補償與系統電壓成正比。通過上面的分析可知當電力系統安裝位置節點電壓下降時，見于SVC和STATCOM越限后的等效運行方式，靜止同步補償器的提供無功功率的能力比靜止無功補償器相對較強，另一方面，在電力系統安裝位置節點電壓升高的情況下，靜止無功補償器在吸收無功功率的能力這一方面比靜止同步補償器強。

3 靜止同步補償器作用

眾所周知，電力系統中相比較電壓升高的情況而言，出現電壓降低的情況較多，尤其是在發生故障后的動態過程中。鑒于此，對同額定容量的裝置而言，靜止同步補償器要比靜止無功補償器的無功補償性能更為優越。當安裝位置節點電壓超過某一個上限值或者減小到某一下下限值得時候，無功電流達到如上圖的極限值，此時靜止無功補償器的無功電流與安裝位置節點的電壓成正比，靜止無功補償器表現為純電抗特性；另一方面，靜止同步補償器由于關斷器件容量限制的關系，當越限后，無功電流即為達到的極限值，并且保持不變，不隨電壓大小的變化而變化，表現為恒定無功電流源特性。通過對大量的仿真結果分析可知，在電力系統發生故障后，所導致的電壓降低的情況下，一樣額定容量的靜止同步補償器的無功功率補償能力比靜止無功補償器的無功功率補償能力，大約相當于1.2到1.3倍容量的靜止無功補償器裝置。

參考文獻：

[1]段獻忠，何仰贊.計及負荷特性的電壓穩定安全指標快速計算[J].中國電機工程學報，1995，15（3）：166-172.

[2]程浩忠.電力系統潮流多根算法及其初值研究[J].電網技術，1996，20（6）：25-27.