针对电力系统中含FACTS的常规潮流计算分析与讨论

彭子康 卢涛

摘 要：为了实现未来的电力系统具有更强的自身调控能力这一目标，随着FACTS（flexible AC transmission system）技术的迅速发展，越来越多柔性交流输电装置如SVG、TCSC、T CPS和UPFC等投入电力系统运行中。由于这些柔性交流输电装置的潮流调节和其它的控制功能很强，所以其对整个系统的运行状态有着非常大的影响，柔性交流输电系统越来越受到各学者的研究与探讨。

关键词：FACTS；潮流调节；控制

1 FACTS的稳态潮流计算模型

FACTS元件中几种应用广泛且具有很高实用价值的成员的基本工作原理做了阐述。对于含灵活交流输电装置的电力系统来说，必须根据FACTS的基本工作原理建立其数学模型，进而得到相应的潮流方程并研究求取潮流解的方法。由于柔性交流输电装置的应用在整个电力系统中日趋普遍，但鉴于不能充分考虑其对电力系统的影响，传统的计算潮流方法已经不再适用，所以必须研究新的潮流计算方法，使其能全面考虑柔性交流输电装置对电力系统带来的影响。

由于必须考虑FACTS元件对电力系统电压和潮流的调节和控制作用，以及其带来的新的状态变量和相关约束条件，含FACTS元件的潮流计算与常规潮流计算有所不同，含柔性交流输电元件的常规潮流分析不同于常规潮流计算分析只考虑节点边界条件，其除了考虑常规潮流的限制条件外，还包含如支路潮流控制目标等的支路边界条件。除此之外，约束条件计及相关柔性交流输电元件的内部约束方程和相关元件的运行可行域，鉴于此，它与传统的潮流计算是不可避免的不同特性。解偶型和耦合型是柔性交流输电装置潮流计算模型的两大类，而并联型、串联型以及串并联综合型是按柔性交流输电元件与电力系统的联结方式划分的。

2 并联型FACTS的潮流计算模型

SVC和STATCOM二者都属于并联型FACTS装置，向系统注入或者从系统吸收无功功率，二者都可以看作是并联在系统节点上的可变电抗，亦可等效为并联在电力系统节点上的无功电压源或者无功电流源。并联型FACTS元件在电网系统潮流计算中的处理相对其他类型比较简单。在电力系统中，它们通常以对该节点的电压提供支撑作为控制目标，即保持安装位置节点电压的幅值恒定并在允许的范围内浮动。鉴于此，在电力系统潮流计算中，通常将装有该类装置的节点作为PV节点处理即可，解出电力网络潮流分布情况后，就可以算得安装FACTS元件节点电压的相位角与维持该节点电压所需提供的无功，下一步就可以计算出并联型柔性交流输电装置的控制参数值。还必须注意，在求解潮流的过程中检查装置满足无功需要的能力，其容量通常是由最大允许正常电流能力决定的。当电流超过允许的最大值，表明装置在给定电力系统运行状态下不能保持节点电压，这种情况下就将二者的运行方式由对电压提供支撑改为为给定输出无功功率，改变控制目标之后，将装有它们的节点改为PQ节点，并重新计算的网络潮流分布。[1]

当系统在SVC或STATCOM装设点对无功功率的需用在补偿装置的额定容量之内时，SVC与STATCOM在功能上无优劣之分。SVC或STATCOM主要的差别是在无功越限的时候，也就是維持安装节点电压所需的无功功率超过了SVC或者STATCOM所能提供的最大无功功率即额定容量。当对安装位置节点电压提供支持所需提供无功小于额定容量的情况下，二者在作用上并没有明显好坏之分。在无功功率越限的时候，静止无功补偿器可以等效为电抗器或者电容器，如左图可知SVC越限后输出的无功电流与系统电压成正比，所以静止无功补偿器提供的无功功率补偿与安装位置节点电压的平方成正比；静止同步补偿器可以等效为恒定无功电流源，由图1可知，STATCOM越限后无功电流与安装位置的系统节点电压无关，其提供的无功功率补偿与系统电压成正比。通过上面的分析可知当电力系统安装位置节点电压下降时，见于SVC和STATCOM越限后的等效运行方式，静止同步补偿器的提供无功功率的能力比静止无功补偿器相对较强，另一方面，在电力系统安装位置节点电压升高的情况下，静止无功补偿器在吸收无功功率的能力这一方面比静止同步补偿器强。

3 静止同步补偿器作用

众所周知，电力系统中相比较电压升高的情况而言，出现电压降低的情况较多，尤其是在发生故障后的动态过程中。鉴于此，对同额定容量的装置而言，静止同步补偿器要比静止无功补偿器的无功补偿性能更为优越。当安装位置节点电压超过某一个上限值或者减小到某一下下限值得时候，无功电流达到如上图的极限值，此时静止无功补偿器的无功电流与安装位置节点的电压成正比，静止无功补偿器表现为纯电抗特性；另一方面，静止同步补偿器由于关断器件容量限制的关系，当越限后，无功电流即为达到的极限值，并且保持不变，不随电压大小的变化而变化，表现为恒定无功电流源特性。通过对大量的仿真结果分析可知，在电力系统发生故障后，所导致的电压降低的情况下，一样额定容量的静止同步补偿器的无功功率补偿能力比静止无功补偿器的无功功率补偿能力，大约相当于1.2到1.3倍容量的静止无功补偿器装置。

参考文献：

[1]段献忠，何仰赞.计及负荷特性的电压稳定安全指标快速计算[J].中国电机工程学报，1995，15（3）：166-172.

[2]程浩忠.电力系统潮流多根算法及其初值研究[J].电网技术，1996，20（6）：25-27.