王玉榮 李方興 陳 昊

(1東南大學(xué)電氣工程學(xué)院, 南京 210096)(2美國田納西大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)科學(xué)系, 美國田納西諾克斯維爾 37996)(3江蘇省電力公司, 南京 210018)

基于補(bǔ)償設(shè)備混合配置策略的電力系統(tǒng)無功規(guī)劃

王玉榮1李方興2陳 昊3

(1東南大學(xué)電氣工程學(xué)院, 南京 210096)(2美國田納西大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)科學(xué)系, 美國田納西諾克斯維爾 37996)(3江蘇省電力公司, 南京 210018)

為滿足電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下和暫態(tài)過程中的多種電壓穩(wěn)定性約束要求,根據(jù)現(xiàn)有無功補(bǔ)償設(shè)備所具有的動態(tài)、靜態(tài)不同的特性,基于模糊聚類法、動態(tài)電力系統(tǒng)理論和優(yōu)化方法,研究了電力系統(tǒng)不同的運(yùn)行方式下混合配置并聯(lián)電容器組、SVC的無功規(guī)劃模型及方法．在IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)算例分析中,首先基于模糊聚類理論及最優(yōu)化理論采用成本較低的并聯(lián)電容器組進(jìn)行滿足靜態(tài)穩(wěn)定約束的無功規(guī)劃；然后利用SVC的快速響應(yīng)特性,基于動態(tài)電力系統(tǒng)的理論模型進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了不同工況下考慮嚴(yán)重故障后短期穩(wěn)定約束的電力系統(tǒng)無功規(guī)劃．算例分析表明,有效配置多種類型的無功補(bǔ)償設(shè)備資源,能夠在保證經(jīng)濟(jì)性的同時(shí),實(shí)現(xiàn)滿足不同穩(wěn)定約束要求的無功規(guī)劃．

暫態(tài)過程穩(wěn)定約束;無功規(guī)劃;靜止無功補(bǔ)償器;并聯(lián)電容器組;混合配置策略

電力系統(tǒng)是一個(gè)非自治非線性系統(tǒng),穩(wěn)定問題的研究一直是電力系統(tǒng)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)[1]．由以往國內(nèi)外大停電事故總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及明確的機(jī)理分析可知,電壓穩(wěn)定與電力系統(tǒng)無功支持聯(lián)系緊密．因此,在電力系統(tǒng)不同的運(yùn)行工況下,研究增加適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行電力系統(tǒng)無功規(guī)劃(reactive power planning, or VAr planning)以提高電壓穩(wěn)定裕度、滿足日益增長的電力輸送需求,維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,成為一類重要的研究課題．

目前,成本較低的并聯(lián)電容器組(shunt capacity bank, SCB)是電力工業(yè)領(lǐng)域無功規(guī)劃中普遍采用的補(bǔ)償裝置．優(yōu)化問題中,主要考慮規(guī)劃年的電壓范圍水平,發(fā)電機(jī)、線路的熱穩(wěn)定約束[1-3]以及靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束[4]．當(dāng)前,隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及大型風(fēng)電場的接入,將不斷提高無功需求和電壓質(zhì)量,急需要加強(qiáng)電網(wǎng)應(yīng)對電壓突變的能力[5-8]．SVC(static var compensator)、STATCOM(STATic synchronous COMpensator)等設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅能夠?qū)崿F(xiàn)無功輸出的連續(xù)調(diào)節(jié),且因其特有的動態(tài)特性,能夠有效滿足暫態(tài)過程中對電壓穩(wěn)定的要求．研究混合配置并聯(lián)電容器組、FACTS型無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行無功規(guī)劃,能夠滿足電壓穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程的要求,對提高系統(tǒng)穩(wěn)定具有長遠(yuǎn)的意義．但目前在考慮配置FACTS設(shè)備作為無功補(bǔ)償器的研究中,多只考慮暫態(tài)過程的功角穩(wěn)定約束,未考慮暫態(tài)過程電壓穩(wěn)定約束,未充分利用其快速響應(yīng)特性[5-6],或未能將現(xiàn)有的SCB與SVC實(shí)現(xiàn)混合配置[8]．鑒于SVC對暫態(tài)電壓穩(wěn)定的應(yīng)付能力[9],本文采用并聯(lián)電容器組、SVC兩類不同特性的典型無功補(bǔ)償設(shè)備,基于設(shè)備響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)特性及投資成本,考慮靜態(tài)安全約束、暫態(tài)過程穩(wěn)定約束,建立無功規(guī)劃模型,進(jìn)行混合配置無功補(bǔ)償設(shè)備的選點(diǎn)及其容量規(guī)劃的研究．

1 考慮多種無功補(bǔ)償設(shè)備的無功規(guī)劃建模

1.1 暫態(tài)過程穩(wěn)定問題相關(guān)指標(biāo)

電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題包含功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定3個(gè)方面[10],且各種穩(wěn)定問題均細(xì)分為短期穩(wěn)定和長期穩(wěn)定問題[11]．

對于短期(暫態(tài)過程)電壓穩(wěn)定問題,基于圖1所示暫態(tài)過程電壓波動曲線,NERC/WECC提出3個(gè)檢驗(yàn)電壓穩(wěn)定的指標(biāo)[12]．

1) 暫態(tài)過程電壓跌落指標(biāo)

暫態(tài)過程最大電壓跌落表示為

(1)

式中,Us為暫態(tài)過程中節(jié)點(diǎn)電壓最低幅值;U0為節(jié)點(diǎn)電壓初始幅值．要求負(fù)荷節(jié)點(diǎn)最大暫態(tài)電壓跌落不超過25%,非負(fù)荷節(jié)點(diǎn)最大暫態(tài)電壓跌落不超過30%，或負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在連續(xù)20周期內(nèi)最大暫態(tài)電壓跌落不超過20%；否則視為暫態(tài)過程電壓失穩(wěn)．

圖1 暫態(tài)過程中電壓性能指標(biāo)

2) 最低頻率指標(biāo)

要求系統(tǒng)頻率低于49.6 Hz的時(shí)間不超過連續(xù)6周期;否則視為系統(tǒng)在暫態(tài)過程中失去電壓穩(wěn)定．

3) 暫態(tài)過程后電壓偏移指標(biāo)

系統(tǒng)逐漸恢復(fù)到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)后,要求任意節(jié)點(diǎn)電壓不低于原始的5%．

本文分析中,除穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式下的靜態(tài)穩(wěn)定約束外,還考慮當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障后的暫態(tài)過程電壓穩(wěn)定約束、功角穩(wěn)定約束,并在無功規(guī)劃優(yōu)化后進(jìn)行暫態(tài)過程頻率穩(wěn)定的校核．

1.2 無功規(guī)劃模型

基于IEEE/CIGRE[10]對穩(wěn)定問題的分類,本文考慮采用并聯(lián)電容器組(SCB)及SVC兩類元件,考慮靜態(tài)電壓穩(wěn)定及暫態(tài)過程穩(wěn)定性進(jìn)行電力系統(tǒng)無功規(guī)劃．鑒于兩類補(bǔ)償設(shè)備成本、響應(yīng)時(shí)間、調(diào)節(jié)效果的差異,SCB的規(guī)劃原則為保證系統(tǒng)靜態(tài)安全約束,SVC規(guī)劃目的在于提高系統(tǒng)故障后暫態(tài)過程中的穩(wěn)定性．

1.2.1 目標(biāo)函數(shù)

1) SCB規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)

對于SCB的規(guī)劃,選擇SCB的年運(yùn)行費(fèi)用最小為優(yōu)化目標(biāo),表示為

(2)

2) SVC規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)

由于SVC造價(jià)較高,SVC的無功容量優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為投資成本最低,同時(shí)需要滿足大擾動后暫態(tài)過程穩(wěn)定約束,包括暫態(tài)過程電壓穩(wěn)定約束及功角穩(wěn)定約束．

SVC的無功優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)表示為

(3)

1.2.2 靜態(tài)安全約束條件

靜態(tài)安全約束條件為

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

如式(4)～(12)所示,靜態(tài)安全約束包括系統(tǒng)潮流等式約束,電壓幅值約束,發(fā)電機(jī)有功、無功上、下限約束,線路傳輸容量約束,無功補(bǔ)償設(shè)備容量上、下限以及無功補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)量限制．另外,本文設(shè)定有載調(diào)壓變壓器分抽頭位置不變,這是因?yàn)檎{(diào)節(jié)變壓器分抽頭只能小幅度改變無功分布,不能提供無功源,且多數(shù)情況下分抽頭調(diào)節(jié)在電壓控制中是最后的手段．

1.2.3 大擾動后短期穩(wěn)定性約束條件

1) 功角穩(wěn)定約束

選取系統(tǒng)的慣性中心COI(center of inertia)作為參考,將暫態(tài)穩(wěn)定約束條件轉(zhuǎn)化為[13]

δmin≤δi(t)-δCOI(t)≤δmax?i∈NG

(13)

2) 短期電壓跌落約束

0.75U0≤Us(t)≤Umax

(14)

為防止發(fā)電機(jī)過勵(lì)磁,同時(shí)設(shè)定了電壓幅值上限約束Umax．

3) 短期電壓穩(wěn)定過程中低電壓持續(xù)時(shí)間約束

負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓在Us(t)≤0.8U0范圍的時(shí)間不能超過20周期．即對于50 Hz工頻系統(tǒng),連續(xù)低電壓持續(xù)時(shí)間不能超過0.4 s．

達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)過程后，電壓幅值約束為

Ui≥0.95U0ii=1,2,…,NB

(15)

1.3 模型的分步求解方法及計(jì)算流程

由以上建立的優(yōu)化模型可見,考慮多種無功補(bǔ)償設(shè)備的電力系統(tǒng)無功規(guī)劃問題是一個(gè)包含了微分-代數(shù)方程的非線性混合整數(shù)規(guī)劃問題,模型復(fù)雜,求解困難．為此,將問題分為3步求解．

① 對SCB和SVC分別采用不同的指標(biāo)原則,采用模糊聚類法選擇無功補(bǔ)償點(diǎn);

② 優(yōu)化SCB設(shè)備的補(bǔ)償容量;

③ 在以上優(yōu)化的基礎(chǔ)上,基于峰荷和基荷2種不同的運(yùn)行工況,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)考慮暫態(tài)過程系統(tǒng)穩(wěn)定約束,綜合配置SVC的規(guī)劃容量．

協(xié)調(diào)混合配置無功補(bǔ)償設(shè)備的無功規(guī)劃流程如圖2所示．優(yōu)化問題的求解分為選點(diǎn)優(yōu)化和容量優(yōu)化2個(gè)環(huán)節(jié)．另外,SVC規(guī)劃中的時(shí)域仿真法求解包含暫態(tài)穩(wěn)定約束的基本思路是利用隱式梯形積分法將微分方程差分化,利用內(nèi)點(diǎn)法求解優(yōu)化問題．

圖2 并聯(lián)電容器組與SVC協(xié)調(diào)規(guī)劃方案

2 無功補(bǔ)償點(diǎn)的選取策略

在無功優(yōu)化前,選擇適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償位置能夠有效降低整個(gè)規(guī)劃問題的求解難度,并縮減計(jì)算時(shí)間．通常,選擇電壓薄弱的節(jié)點(diǎn)群作為候選無功補(bǔ)償點(diǎn),且同時(shí)應(yīng)考慮電氣距離的影響．目前,已采用軌跡靈敏度法、L指標(biāo)法、U/U0指標(biāo)法、模態(tài)分析法等多種指標(biāo)法尋找電壓薄弱點(diǎn)[2],但是,單一指標(biāo)難以充分刻畫電力系統(tǒng)電壓問題的非線性程度,故本文采用聚類分析法綜合多種指標(biāo)得出新增無功補(bǔ)償設(shè)備候選節(jié)點(diǎn);另一方面,因無功規(guī)劃要給出候選無功補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)量,而電壓薄弱節(jié)點(diǎn)與電壓穩(wěn)定性強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)之間不存在明顯的邊界,故需要對問題進(jìn)行模糊化處理,保證對于不同的系統(tǒng)得到合理的補(bǔ)償方案．綜上考慮,本文采用模糊聚類法[14-15]解決無功規(guī)劃中的補(bǔ)償點(diǎn)選取問題．

采用模糊聚類方法,對指標(biāo)矩陣經(jīng)過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，形成模糊相似矩陣和模糊等價(jià)矩陣，利用動態(tài)模糊聚類分析及模糊聚類結(jié)果的F檢驗(yàn)[4]可得到模糊聚類的分類結(jié)果．

本文針對SCB和SVC運(yùn)行特性的不同特點(diǎn),分別采用不同類型的電壓穩(wěn)定判別指標(biāo),利用模糊聚類法進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)備選點(diǎn)規(guī)劃．

2.1 SCB選點(diǎn)采用的優(yōu)化指標(biāo)

1)Γ指標(biāo)

Γ指標(biāo)反映了各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)j的電壓穩(wěn)定信息[16]，即

(16)

(17)

Γj∈[1,2]，對于發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn),Γj=1．Γj值越大表明節(jié)點(diǎn)j電壓越薄弱．

2)U/UL指標(biāo)

U/UL0指標(biāo)反映了系統(tǒng)薄弱節(jié)點(diǎn)的信息,記U={U1,U2, …,Uk}為基本負(fù)荷下系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓幅值,向量UL0={U01,U02, …,U0k}為當(dāng)所有負(fù)荷置零時(shí)的各節(jié)點(diǎn)電壓幅值．U/UL0越小,說明對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)越薄弱．

3) 靜態(tài)電壓偏移指標(biāo)

2.2 SVC選點(diǎn)采用的優(yōu)化指標(biāo)

考慮將SVC安裝于負(fù)荷節(jié)點(diǎn),故本文建立負(fù)荷節(jié)點(diǎn)相關(guān)的動態(tài)指標(biāo)．利用圖1中NERC/WECC規(guī)定的3個(gè)指標(biāo),分別建立如下暫態(tài)過程中短期電壓穩(wěn)定性指標(biāo)．

1) 短期電壓偏移指標(biāo)

對負(fù)荷節(jié)點(diǎn),采用擴(kuò)展的S型函數(shù),定義電壓偏移指標(biāo)IVD(voltage deviation index)隸屬度函數(shù)為

(18)

隸屬度函數(shù)關(guān)系如圖3所示,IVD指標(biāo)能夠?qū)χ挥?～1區(qū)分的Vdip指標(biāo)進(jìn)行有效的平滑過渡,有利于對電壓薄弱節(jié)點(diǎn)的選擇性識別．

圖3 電壓偏移指標(biāo)IVD的隸屬度函數(shù)

2) 低電壓持續(xù)時(shí)間指標(biāo)

計(jì)算故障清除后,[tcl,tf]各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓低于0.8U0的總時(shí)間,定義低電壓持續(xù)時(shí)間指標(biāo)ILVD為

(19)

式中,tcl為故障清除時(shí)刻;tf為時(shí)域仿真結(jié)束時(shí)刻．若故障清除后節(jié)點(diǎn)電壓一直小于U0，則ILVD=1．

3) 暫態(tài)過程后電壓指標(biāo)

計(jì)算系統(tǒng)趨于穩(wěn)定后,新的穩(wěn)態(tài)電壓相對于原始電壓的比例關(guān)系,采用暫態(tài)過程后電壓指標(biāo)IPV來描述,即

(20)

式中,Upost為新穩(wěn)態(tài)工況下的節(jié)點(diǎn)電壓幅值．

3 算例分析

分析采用IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)[17],設(shè)待規(guī)劃年份系統(tǒng)的有功、無功負(fù)荷為1.2倍的現(xiàn)有負(fù)荷有功、無功功率,相應(yīng)地,發(fā)電機(jī)出力按照其原有出力成比例增大1.2倍,并以此作為待規(guī)劃系統(tǒng)的基本負(fù)荷水平．設(shè)定高峰負(fù)荷為1.2倍的基本負(fù)荷,低谷負(fù)荷為0.8倍的基本負(fù)荷．

在無功補(bǔ)償設(shè)備優(yōu)化配置過程中,選點(diǎn)規(guī)劃采用模糊聚類法;容量優(yōu)化模型中,采用3階發(fā)電機(jī)模型及1階勵(lì)磁系統(tǒng)模型,負(fù)荷模型采用60%恒功率、40%恒阻抗的模型,優(yōu)化計(jì)算采用內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解．

3.1 靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束下并聯(lián)電容器組的優(yōu)化配置

3.1.1 并聯(lián)電容器組的選點(diǎn)配置

采用模糊聚類法,基于U/U0指標(biāo)(指標(biāo)1)、Γ指標(biāo)(指標(biāo)2)和電壓波動指標(biāo)(指標(biāo)3)確定無功補(bǔ)償設(shè)備的候選安裝節(jié)點(diǎn)．其中,電壓波動指標(biāo)表示區(qū)域1～區(qū)域3之間TTC最大時(shí)所對應(yīng)的電壓幅值相對于基態(tài)電壓幅值的波動．3種指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表1．

表1 采用模糊聚類法計(jì)算的電壓穩(wěn)定指標(biāo)

模糊聚類法將系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分為8組:{30};{7, 8};{19);{18, 20);{6, 14, 28, 29};{3, 4, 5, 9, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 26};{21, 24, 25}和{1, 2, 13, 22, 23, 27}．由聚類結(jié)果可見:

1) 聚類結(jié)果將所有發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)歸為一組,這是因?yàn)槠胶夤?jié)點(diǎn)和所有的PV節(jié)點(diǎn)均具有較強(qiáng)的電壓支撐能力．

2) 從電壓幅值角度看,節(jié)點(diǎn)30的電壓最低,且電壓波動最大,最終被獨(dú)立劃分為電壓最薄弱的節(jié)點(diǎn);同時(shí),節(jié)點(diǎn)7、節(jié)點(diǎn)8為電壓最薄弱的第2組節(jié)點(diǎn)集．

3) 采用保守的方法,將節(jié)點(diǎn)7、節(jié)點(diǎn)8、節(jié)點(diǎn)30均設(shè)為候選無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn),以式(2)為目標(biāo)函數(shù),考慮式 (4)～(12)約束條件建立無功優(yōu)化模型進(jìn)行求解．

3.1.2SCB補(bǔ)償容量的優(yōu)化

基于系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用及無功投入成本最小的目標(biāo)函數(shù),設(shè)系統(tǒng)一年8 760 h中,高峰負(fù)荷、低谷負(fù)荷時(shí)間分別為1 000 h,基本負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為6 760 h．設(shè)α=0.52元/(MW·h),且任一無功補(bǔ)償設(shè)備的年投資費(fèi)用為β=300元/a．假設(shè)并聯(lián)電容器最小調(diào)節(jié)容量為 0.1 Mvar,得到最優(yōu)化無功配置方案如表2所示,對應(yīng)的年運(yùn)行費(fèi)用為54.46萬元．

優(yōu)化問題求得的并聯(lián)電容器組無功規(guī)劃結(jié)果單位為無功容量．而在發(fā)生故障后的暫態(tài)過程中,各節(jié)點(diǎn)電壓幅值發(fā)生較大的波動,由于無功容量與電壓幅值為Q∝U2關(guān)系,在暫態(tài)過程中應(yīng)使用并聯(lián)電容器組所提供的新增電納標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算分析．

表2 穩(wěn)態(tài)下新增并聯(lián)電容器組無功規(guī)劃結(jié)果

3.2 SVC無功優(yōu)化配置

為滿足系統(tǒng)在暫態(tài)過程中的穩(wěn)定性約束,基于表2得到的不同運(yùn)行狀態(tài)下的SCB新增無功,進(jìn)一步研究峰值負(fù)荷和基本負(fù)荷2種運(yùn)行工況下大擾動后新增SVC補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)和容量的優(yōu)化配置．

1) 高峰負(fù)荷下SVC規(guī)劃

高峰負(fù)荷運(yùn)行情況下,無SVC投入時(shí)嚴(yán)重故障為線路15在0.1 s時(shí)刻在靠近節(jié)點(diǎn)4處發(fā)生三相接地短路,0.14 s(7個(gè)工頻周期)后斷開線路清除故障．

基于本算例情況,計(jì)算各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的指標(biāo),部分節(jié)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果如表3所示．

表3 不同負(fù)荷下暫態(tài)過程部分節(jié)點(diǎn)相關(guān)指標(biāo)

由表3可見,SCB的規(guī)劃結(jié)果不能滿足暫態(tài)過程中系統(tǒng)穩(wěn)定性約束．為此,考慮短期電壓穩(wěn)定約束,進(jìn)行故障發(fā)生后至3 s的暫態(tài)過程SVC無功規(guī)劃．峰值負(fù)荷下,在原有并聯(lián)電容器組投運(yùn)的情況下,目標(biāo)函數(shù)采用式(3)，新增SVC投入最小化,基于式(4)～(15)考慮短期穩(wěn)定約束的無功優(yōu)化模型,利用隱式梯形積分法將微分方程差分化,并利用內(nèi)點(diǎn)法分步長逐步求解優(yōu)化問題的最優(yōu)解．SVC無功優(yōu)化結(jié)果為:節(jié)點(diǎn)19需增設(shè)SVC容性電納0.276 9 p.u.．

2) 基本負(fù)荷水平下SVC的規(guī)劃

基本負(fù)荷水平情況下,無SVC投入時(shí)嚴(yán)重故障為線路30在0.1 s時(shí)刻在靠近節(jié)點(diǎn)15的線路首端發(fā)生三相接地短路,故障持續(xù)0.14 s的時(shí)域仿真指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表3．由表3可見,僅SCB投運(yùn)情況下,暫態(tài)過程中仍有穩(wěn)定指標(biāo)遭到破壞．新增SVC無功規(guī)劃結(jié)果為:節(jié)點(diǎn)19增設(shè)SVC容性電納0.150 7 p.u.．

3) SVC無功規(guī)劃綜合結(jié)果

綜上,SVC的無功規(guī)劃結(jié)果為節(jié)點(diǎn)19處新增SVC容性電納值為0.276 9 p.u.．通常情況下,TSC-TCR型SVC由N個(gè)TSC單元和1個(gè)TCR單元并聯(lián)組成,選擇TCR的容量為1/NSVC總?cè)萘?以使得電容器分級投切,每個(gè)分級之間的無功功率由TCR來連續(xù)調(diào)節(jié)．

3.3 系統(tǒng)無功規(guī)劃配置結(jié)果

根據(jù)表2的SCB規(guī)劃及SVC的規(guī)劃方案,進(jìn)行了時(shí)域仿真校驗(yàn),暫態(tài)過程頻率穩(wěn)定約束均得到滿足．本算例分析中新增并聯(lián)電容器組和SVC的選址不同,故不需要進(jìn)一步分析同一節(jié)點(diǎn)上不同無功補(bǔ)償設(shè)備的容量分配問題．對于復(fù)雜系統(tǒng)或SVC與SCB選點(diǎn)相同的系統(tǒng),還需要進(jìn)行同一補(bǔ)償點(diǎn)處不同類型補(bǔ)償設(shè)備容量的協(xié)調(diào)配置分析．

4 結(jié)論

1) 針對并聯(lián)電容器、SVC的不同特性,基于模糊聚類理論,設(shè)計(jì)不同的選點(diǎn)規(guī)則,確定無功補(bǔ)償位置.

2) 考慮暫態(tài)過程穩(wěn)定約束和SVC的動態(tài)特性,基于時(shí)域仿真及優(yōu)化理論進(jìn)行SVC配置規(guī)劃.

3) 無功補(bǔ)償設(shè)備包括并聯(lián)電容器及SVC,混合協(xié)調(diào)規(guī)劃策略首先規(guī)劃成本較低的并聯(lián)電容器滿足靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束,采用SVC的協(xié)調(diào)規(guī)劃方案能夠進(jìn)一步考慮系統(tǒng)暫態(tài)過程穩(wěn)定約束．配置方式兼顧了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性．

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Reactive power planning using different VAr devices

Wang Yurong1Li Fangxing2Chen Hao3

(1School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China)(2Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Tennessee, Knoxville, TN37996, USA)(3Jiangsu Electric Power Company, Nanjing 210018, China)

To satisfy the different voltage stability constraints at different load levels for both stability operation condition and transient process, based on the different dynamic or static operation characteristics of reactive power compensators, the mixed allocation of shunt capacity bank(SCB) and static var compensator (SVC) were investigated using fuzzy clustering method, dynamic power system theory and optimization method under different operation levels. In the IEEE 30-bus system case study, reactive power planning(RPP) with static stability constraints was firstly carried out based on the fuzzy clustering method and the optimization method using the lower cost SCB, then RPP with short term stability constraints at different load levels and contingencies was further investigated by the help from dynamic characteristics of SVC. Study results indicate that the optimal allocation of different types of VAr devices can satisfy different stability constraints while ensuring economy requirements.

transient process stability constraint; reactive power planning (RPP, VAr planning); static var compensator (SVC); shunt capacity bank(SCB); mixed allocation strategy

10.3969/j.issn.1001-0505.2017.02.017

2016-07-25. 作者簡介: 王玉榮(1981—),女,博士,講師,wangyurong@seu.edu.cn.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51507031).

王玉榮,李方興,陳昊.基于補(bǔ)償設(shè)備混合配置策略的電力系統(tǒng)無功規(guī)劃[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,47(2):299-305.

10.3969/j.issn.1001-0505.2017.02.017.

TM74

A

1001-0505(2017)02-0299-07