李 順, 唐 飛, 廖清芬, 趙紅生, 黃 涌, 蔡昌松

(1. 武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院, 湖北省武漢市 430072; 2. 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 湖北省武漢市 430077)

基于多指標(biāo)效能分析的分布式潮流控制器選址定容優(yōu)化策略

李 順1, 唐 飛1, 廖清芬1, 趙紅生2, 黃 涌2, 蔡昌松1

(1. 武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院, 湖北省武漢市 430072; 2. 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 湖北省武漢市 430077)

針對(duì)統(tǒng)一潮流控制器的推廣受制于其可靠性及制造成本的問(wèn)題,分布式潮流控制器(DPFC)應(yīng)運(yùn)而生,文中詳細(xì)論述了DPFC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工作原理,并對(duì)DPFC的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析。考慮到DPFC在電網(wǎng)中的安裝位置及接入容量會(huì)直接影響其控制效能的發(fā)揮,制定了基于多指標(biāo)效能分析的DPFC選址定容兩階段優(yōu)化策略。首先,基于DPFC對(duì)系統(tǒng)潮流均衡的影響程度確定最優(yōu)安裝地點(diǎn),然后再應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性成本/效益分析進(jìn)行容量的優(yōu)化。在IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行DPFC的優(yōu)化配置以驗(yàn)證策略的可行性與有效性,仿真結(jié)果表明DPFC接入系統(tǒng)后能夠有效改善電網(wǎng)多方面的效能。

分布式潮流控制器; 選址定容; 潮流均衡性; 可用輸電能力; 經(jīng)濟(jì)性成本/效益分析

0 引言

實(shí)施智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略能夠使用戶獲得高安全性、高可靠性、高質(zhì)量的電力供應(yīng),同時(shí)也能提升電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力[1]。柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)[2]是智能電網(wǎng)的重要組成,它可以提高現(xiàn)有線路的輸送能力,并改善輸電網(wǎng)架的穩(wěn)定性和可靠性。

目前,功能最為全面的FACTS裝置是統(tǒng)一潮流控制器[3-6](UPFC),但因受制其可靠性及制造成本的問(wèn)題,尚未在電網(wǎng)中大范圍推廣使用[7]。文獻(xiàn)[8]提出一種分布式潮流控制器(DPFC)來(lái)將傳統(tǒng)UPFC裝置分布式化和低成本化,使其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,運(yùn)行維護(hù)更為便捷,有利于在市場(chǎng)上應(yīng)用。研究表明,DPFC裝置具有強(qiáng)大的線路潮流調(diào)控能力[9],并能夠很大程度地改善電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性能[10-11]。由于DPFC在電網(wǎng)中的安裝位置及接入容量將直接影響其控制效能的發(fā)揮,因而制定合理的DPFC選址定容優(yōu)化策略顯得尤為關(guān)鍵。

縱觀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,尚未有文獻(xiàn)對(duì)DPFC的優(yōu)化配置進(jìn)行報(bào)道,大部分都是針對(duì)于UPFC和靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)等傳統(tǒng)FACTS元件。文獻(xiàn)[4,12]從改善發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性角度出發(fā),提出基于最優(yōu)負(fù)荷削減模型的UPFC優(yōu)化配置方法。文獻(xiàn)[5]從經(jīng)濟(jì)性角度入手,以系統(tǒng)有功網(wǎng)損最小為目標(biāo)提出計(jì)及UPFC的無(wú)功優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[13]選取UPFC、晶閘管可控串聯(lián)補(bǔ)償器(TCSC)和STATCOM進(jìn)行研究,計(jì)及多方面約束條件,以電網(wǎng)投資費(fèi)用最少和可用輸電能力最大為目標(biāo)構(gòu)建多類型FACTS的多目標(biāo)優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[14]從工程應(yīng)用方面對(duì)南京220 kV西環(huán)網(wǎng)的UPFC主設(shè)備容量進(jìn)行分析與優(yōu)化選擇。文獻(xiàn)[15]構(gòu)建相應(yīng)靈敏度來(lái)量化FACTS接入后的緊急控制效果,用以定量評(píng)估FACTS對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響和優(yōu)化其裝設(shè)地點(diǎn)。文獻(xiàn)[16]應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性分析對(duì)UPFC配置策略進(jìn)行研究,從而解決電力市場(chǎng)下的輸電阻塞問(wèn)題。文獻(xiàn)[17]以提供最大電壓穩(wěn)定能力為目標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器(D-STATCOM)的選址方案,并采用概率型恒阻抗—恒電流—恒功率(ZIP)負(fù)載模型確定其容量。文獻(xiàn)[18]的策略將系統(tǒng)潮流熵最小作為目標(biāo)函數(shù),利用群搜索優(yōu)化(GSO)算法求取TCSC和靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)設(shè)備的最優(yōu)配置。分析可知,已有的FACTS設(shè)備選址定容方法大多都是從改善單一角度著手研究,或是根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定最優(yōu)地點(diǎn)及容量,在一定程度上缺乏全局優(yōu)化性。

本文針對(duì)DPFC主要功能,采用多指標(biāo)效能分析來(lái)制定優(yōu)化配置策略。考慮到DPFC接入電網(wǎng)的最主要效能是均衡系統(tǒng)的潮流分布以提升其可用輸電能力,并為薄弱母線提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐,從而增加電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)收益。因此,本文構(gòu)建了單套DPFC裝置選址定容的兩階段配置策略,首先基于DPFC對(duì)系統(tǒng)潮流均衡的影響確定最優(yōu)安裝地點(diǎn),然后再應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性成本/效益分析進(jìn)行其容量的優(yōu)化配置。所提策略適用于單套DPFC的優(yōu)化配置,如需安裝多套DPFC,可重復(fù)應(yīng)用本文策略以規(guī)劃下一套DPFC。

綜上,已有文獻(xiàn)是通過(guò)對(duì)FACTS裝置構(gòu)造基于權(quán)重的總目標(biāo)函數(shù)來(lái)綜合尋優(yōu),或是通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化來(lái)求取Pareto解集。前者在考慮權(quán)重設(shè)置的合理性時(shí)需大量進(jìn)行前期分析和實(shí)驗(yàn),而后者高度依賴算法的先進(jìn)性,且較難驗(yàn)證所求取的Pareto解是否為全局最優(yōu)。相比之下,本文所提兩階段優(yōu)化方法具有明晰的物理意義,盡管所述的潮流均衡指標(biāo)不能完全精確地反映出各備選線路的優(yōu)劣次序,但卻能夠大致地篩選出對(duì)提升系統(tǒng)潮流均衡程度的有利備選線路,從而在實(shí)際電網(wǎng)諸多線路的挑戰(zhàn)下,大大縮小需計(jì)算的范圍,有助于快速定位DPFC的最優(yōu)選址。而在確定了DPFC的安裝位置之后,通過(guò)逐步增大其安裝容量的迭代方法,只需要較短時(shí)間便能確定其最優(yōu)裝設(shè)容量,計(jì)算量小且易于實(shí)現(xiàn)。

1 DPFC簡(jiǎn)介

1.1 DPFC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工作原理

DPFC在UPFC的基礎(chǔ)上去掉了串并聯(lián)變流器間的公共直流電容,從而使串并聯(lián)變流器相互隔離,并在其串聯(lián)側(cè)應(yīng)用分布式靜止串聯(lián)補(bǔ)償器(distributed static series compensator,DSSC)技術(shù)進(jìn)行分布式化(即由多個(gè)分布式的單相變流器來(lái)替代原有的三相變流器)?；趫D1所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),DPFC可利用3次諧波的特性[7]在串并聯(lián)變流器間交換有功功率,從而實(shí)現(xiàn)綜合調(diào)節(jié)線路潮流的功能。

圖1 DPFC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工作原理Fig.1 Topological structure and operation principle of DPFC

在三相系統(tǒng)的每相中,諧波均能夠保持獨(dú)立,而3的倍數(shù)次諧波可以在電網(wǎng)所普遍應(yīng)用的Yd型變壓器的三角形側(cè)中性點(diǎn)接地處形成諧波回路,并且被變壓器星形側(cè)所自然阻截而不流入DPFC所在線路以外的系統(tǒng)中。考慮到3次諧波對(duì)應(yīng)著最小的線路阻抗,因此所造成的網(wǎng)損也最小,故采用3次諧波在串并聯(lián)側(cè)變流器間傳輸諧波功率[7]。

DPFC的工作原理如圖1所示。兩個(gè)背靠背的變流器通過(guò)公共電容耦合而組成其并聯(lián)側(cè),其中VSC1為三相變流器,VSC2為單相變流器。經(jīng)耦合變壓器將電網(wǎng)功率接入VSC1的交流側(cè),VSC1吸收電網(wǎng)的基頻有功功率來(lái)維持公共電容的電壓穩(wěn)定;變流器VSC2輸出相應(yīng)大小的3次諧波電流,該電流經(jīng)由線路首端變壓器T1的三角形側(cè)中性點(diǎn)均勻地分布到輸電線路中。串聯(lián)側(cè)的DSSC則根據(jù)其控制器指令,一方面吸收線路中的3次諧波有功功率來(lái)維持自身電容的電壓穩(wěn)定;另一方面依據(jù)實(shí)際的功率補(bǔ)償需求,產(chǎn)生相應(yīng)幅值和相位的基頻交流電壓,并將該電壓和線路首端電壓疊加以改變輸電線路的潮流。

值得指出的是,由于DPFC利用3次諧波進(jìn)行功率傳輸,因而只適用于兩側(cè)變壓器均為Yd接地的輸電線路,否則其3次諧波無(wú)法形成流通回路,或是諧波功率流至其他線路上,裝置功能將失效。

1.2 DPFC的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

DPFC串聯(lián)側(cè)應(yīng)用分布式DSSC技術(shù),每個(gè)串聯(lián)側(cè)單相單元的補(bǔ)償度很小(通常其容量在20 kVA以內(nèi)[7-8]),無(wú)需考慮相間高壓絕緣,并可直接分布式懸掛于輸電線路上,因而經(jīng)濟(jì)成本會(huì)大幅降低。

由于DPFC串聯(lián)側(cè)各單元相互可作為冗余,因此當(dāng)部分串聯(lián)單元故障時(shí),同線路的其余單元可迅速分?jǐn)偣收蠁卧墓δ苋笨?從而避免DPFC整個(gè)串聯(lián)側(cè)效能受到影響,提高了裝置可靠性。

此外,采用分布式DSSC技術(shù),可使DPFC在實(shí)際工程中分階段進(jìn)行規(guī)劃建設(shè),其串聯(lián)側(cè)的DSSC容量能夠隨著電網(wǎng)發(fā)展進(jìn)行適應(yīng)性的擴(kuò)展。

2 DPFC裝置選址定容優(yōu)化策略

2.1 DPFC裝置最優(yōu)選址模型

在實(shí)際運(yùn)行中,電網(wǎng)的故障發(fā)生概率將很大程度地受到潮流分布的影響,線路潮流的分布不均衡很可能導(dǎo)致其步入自組織臨界狀態(tài),從而增加大停電事故的出現(xiàn)概率[19]。此外,互聯(lián)電網(wǎng)區(qū)域間的斷面輸電能力也會(huì)受到潮流不均衡分布的負(fù)面影響。因此,為了改善輸電網(wǎng)架的潮流分布以提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性,在確定DPFC串聯(lián)側(cè)安裝地點(diǎn)時(shí),以線路潮流均衡度作為優(yōu)化目標(biāo)來(lái)建立最優(yōu)選址模型。

(1)

式中:M為電網(wǎng)的輸電線路數(shù)。

設(shè)定S=[0,u,2u,…,nu,(n+1)u,…,100%]來(lái)將線路負(fù)載率等分為多個(gè)區(qū)間(對(duì)于過(guò)載線路不再區(qū)分其負(fù)載率,均置于[100%,+∞]區(qū)間中)。定義Ln為負(fù)載率處于[nu,(n+1)u]的線路數(shù),則線路負(fù)載率處于該區(qū)間的概率Pr(n)為:

(2)

式中:m為總的區(qū)間分段數(shù)。

(3)

由式(3)可知,當(dāng)電網(wǎng)的線路負(fù)載率μ均處于同一區(qū)間時(shí),HPw為0,此時(shí)系統(tǒng)的潮流分布最為均衡。反之,HPw值越大則意味著電網(wǎng)潮流的均衡性越差,電網(wǎng)發(fā)生連鎖故障的風(fēng)險(xiǎn)也越高。

在電網(wǎng)的不同地點(diǎn)上接入DPFC將對(duì)線路潮流均衡性產(chǎn)生不同程度的影響。綜上分析可知,在最優(yōu)地點(diǎn)接入DPFC能使加權(quán)潮流熵最小(即線路的潮流分布最趨于均衡),故構(gòu)建如式(4)所述的DPFC串聯(lián)側(cè)最優(yōu)選址模型。

minHPw(D)

(4)

式中:D為不同線路接入DPFC后的潮流分布。

當(dāng)確定DPFC串聯(lián)側(cè)的最優(yōu)選址后,計(jì)算該輸電線路兩側(cè)母線的電壓薄弱程度,利用奇異值分解法[20]選取更為薄弱的母線來(lái)安裝并聯(lián)側(cè)STATCOM元件,以提供充足的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐。

2.2 DPFC裝置最優(yōu)定容模型

FACTS裝置的最優(yōu)安裝容量與經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性緊密相關(guān),本文采用經(jīng)濟(jì)性成本/效益方法對(duì)DPFC安裝容量進(jìn)行優(yōu)化配置,在滿足各項(xiàng)穩(wěn)定約束條件下,以合理的投資成本獲取最大經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)濟(jì)性成本是指電網(wǎng)為了改善其安全穩(wěn)定性能、提高輸電能力而增加的FACTS投資費(fèi)用;經(jīng)濟(jì)性效益是指電網(wǎng)因輸電能力提升和避免架設(shè)新的輸電線路所帶來(lái)的收益。當(dāng)電網(wǎng)中接入的DPFC容量增加時(shí),系統(tǒng)輸電能力得到改善,同時(shí)投資成本將大幅提升;隨著DPFC接入容量的持續(xù)增加,輸電能力的提升效能將明顯減弱直至無(wú)效果。構(gòu)建DPFC最優(yōu)定容模型如式(5)所示,最優(yōu)容量Cb對(duì)應(yīng)著總效益最大。

maxZ(C)=SL+SATC-TF

(5)

式中:Z為電網(wǎng)總效益;C為DPFC容量;SL為避免架設(shè)新的輸電線路而帶來(lái)的間接收益;SATC為輸電能力提升所增加的直接收益;TF為DPFC投資費(fèi)用。

其中SL和TF為一次性的收益和投資,需采取等年值法進(jìn)行換算:

(6)

式中:i為貼現(xiàn)率;L為DPFC的經(jīng)濟(jì)使用年限;SL和TF為等年值;SL,total和TF,total為凈現(xiàn)值。

TF,total和SATC的計(jì)算式如下:

(7)

式中:N為DPFC串聯(lián)側(cè)DSSC的數(shù)量;TSTATCOM′和TDSSC′分別為STATCOM和DSSC的單位容量造價(jià)(詳見(jiàn)附錄A);pIEAR為電網(wǎng)平均電價(jià);ΔJATC為加裝DPFC后的輸電能力增量。

當(dāng)受端負(fù)荷和送端機(jī)組出力分別按一定比例方式增加時(shí),斷面可用輸電能力JATC可表述為:

(8)

式中:斷面輸電能力JATC為計(jì)算模型的目標(biāo)函數(shù),其值等于潮流狀態(tài)x下送端和受端之間所有聯(lián)絡(luò)線上的有功功率Pij(x)與基態(tài)傳輸有功功率Pij,0之差;S和R分別為送端和受端節(jié)點(diǎn)集合。

約束條件如式(9)所示,主要包括機(jī)組出力、母線電壓越限、靜態(tài)電壓穩(wěn)定與線路熱穩(wěn)極限的不等式約束,以及系統(tǒng)潮流方程的等式約束。

(9)

式中:PGi和QGi分別為送端機(jī)組的有功和無(wú)功出力;ηi為負(fù)荷母線的靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度;μl為輸電線路的負(fù)載率,以保證線路不超過(guò)其熱穩(wěn)極限;Ui和Uk分別為母線i和k處的電壓;Gik為線路電導(dǎo);θik為母線i和k的功角差。

應(yīng)用改進(jìn)遺傳算法進(jìn)行DPFC容量的優(yōu)化配置,算法內(nèi)層求解出DPFC接入電網(wǎng)后的斷面最大可用輸電能力JATC;算法外層以DSSC單元容量為步長(zhǎng)逐次增加DPFC接入容量,計(jì)算出的電網(wǎng)最大經(jīng)濟(jì)效益所對(duì)應(yīng)容量即為最優(yōu)容量。

2.3 選址定容優(yōu)化策略流程

綜上所述,所提DPFC裝置的選址定容優(yōu)化策略的具體實(shí)施流程如圖2所示。

圖2 DPFC選址定容優(yōu)化策略流程圖Fig.2 Flow chart of location and capacity optimization strategy of DPFC

3 仿真分析

3.1 DPFC的功率注入模型

忽略裝置損耗,采用功率注入法來(lái)分析DPFC在電網(wǎng)中的效能,并估算其所需容量。計(jì)及線路潮流和母線電壓的控制功能,DPFC接入電網(wǎng)的模型如圖3所示。母線k的電壓幅值和有功功率已知,將其等效成PV節(jié)點(diǎn)(即發(fā)電機(jī)群);而流出母線i的有功功率和無(wú)功功率已知,將其等效成PQ節(jié)點(diǎn)(即負(fù)荷)。

圖3 DPFC接入電網(wǎng)的功率注入模型Fig.3 Power injection model of DPFC on power grid

應(yīng)用該DPFC等效模型進(jìn)行電網(wǎng)潮流計(jì)算,能夠得到線路兩端電壓Ui和Uk,以及母線k等效機(jī)群的無(wú)功出力QGi,并可根據(jù)式(10)計(jì)算出DPFC串聯(lián)側(cè)容量,從而確定DPFC成套裝置的容量C,則串聯(lián)側(cè)DSSC單元的個(gè)數(shù)應(yīng)為n=C/(20 kVA)。

(10)

式中:ΔU為DPFC裝置的電壓降;X為輸電線路阻抗。

3.2 算例系統(tǒng)

為了驗(yàn)證所提DPFC選址定容策略的有效性,選取IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)[21]進(jìn)行分析,其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)配置詳見(jiàn)附錄B。通過(guò)將該系統(tǒng)分成A,B,C三個(gè)區(qū)域來(lái)研究區(qū)域電網(wǎng)間的可用輸電能力,其中區(qū)域A的發(fā)電量充足,區(qū)域C的負(fù)荷較重,因此本文選擇送端電網(wǎng)A和受端電網(wǎng)C作為研究對(duì)象。取u=5%;平均單位電價(jià)pIEAR為0.6元/(kW·h);SL為5 000萬(wàn)元;貼現(xiàn)率i為10%;DPFC使用年限為20 a。通過(guò)將DPFC裝置接入該電網(wǎng)來(lái)均衡系統(tǒng)潮流分布,并在滿足穩(wěn)定約束條件下以合理的投資成本獲取最大經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 最優(yōu)選址定容方案的確定

在算例中,送端電網(wǎng)A與受端電網(wǎng)C之間的輸電斷面由聯(lián)絡(luò)線L6-10,L9-10,L28-27組成。為了均衡系統(tǒng)潮流分布,分別在該輸電斷面的線路上接入10 MVA容量的DPFC裝置,并計(jì)算DPFC接入前后的系統(tǒng)加權(quán)潮流熵,結(jié)果如表1所示,未接入DPFC時(shí),系統(tǒng)加權(quán)潮流熵為0.328。

表1 DPFC接入前后的加權(quán)潮流熵Table 1 Power flow weighted entropy before and after installation of DPFC

由表1可知,在斷面不同聯(lián)絡(luò)線上安裝相同容量的DPFC裝置對(duì)系統(tǒng)潮流均衡度產(chǎn)生了不同影響,在聯(lián)絡(luò)線L28-27上接入DPFC,系統(tǒng)加權(quán)潮流熵HPw最小,能夠使系統(tǒng)的潮流分布最趨于均衡。

應(yīng)用奇異值分解法求取母線27和28的最小奇異值δmin分別為3.674和2.913,可知母線28的δmin更小,故該母線處電壓較為薄弱,需要并聯(lián)側(cè)的STATCOM為其提供充足的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐,以提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定。因此,本文確定聯(lián)絡(luò)線L28-27和母線28分別為DPFC串聯(lián)側(cè)和并聯(lián)側(cè)的最優(yōu)安裝地點(diǎn)。

基于經(jīng)濟(jì)性成本/效益方法對(duì)DPFC安裝容量進(jìn)行配置,將受端負(fù)荷和送端機(jī)組出力按一定比例方式增加,以求取斷面可用輸電能力。通過(guò)改進(jìn)遺傳算法計(jì)算出DPFC的最優(yōu)容量為61.86 MVA,在該容量下電網(wǎng)能夠取得最大經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)3.1節(jié)計(jì)算式可知,需安裝20 kVA的串聯(lián)側(cè)DSSC單元3 093個(gè)。

如表1所述,本文計(jì)算了各容量的DPFC接入聯(lián)絡(luò)線后的系統(tǒng)加權(quán)潮流熵。由表1可知,在最優(yōu)選址L28-27上接入61.86 MVA的DPFC,系統(tǒng)加權(quán)潮流熵HPw最小,最優(yōu)選址的正確性得以驗(yàn)證。此外,進(jìn)一步分析該表可得,不同的DPFC安裝容量不會(huì)導(dǎo)致差異化的選址結(jié)果。

將不同容量的DPFC接入系統(tǒng)后相關(guān)效能指標(biāo)如表2所示,其中電壓為標(biāo)幺值。根據(jù)表2可知,在電網(wǎng)中安裝DPFC能夠有效提升送、受端斷面的輸電能力,穩(wěn)定并聯(lián)側(cè)接入點(diǎn)母線28及其近區(qū)母線6和母線8電壓,并在一定程度上降低網(wǎng)絡(luò)損耗。在本文所確定的最優(yōu)容量下,DPFC裝置能夠最大限度地發(fā)揮其效能,并保證工程經(jīng)濟(jì)性。同UPFC相比(UPFC裝置的造價(jià)詳見(jiàn)附錄A),DPFC的工程造價(jià)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

表2 DPFC接入后的相關(guān)效能指標(biāo)對(duì)比Table 2 Comparison of performance indices after installation of DPFC

3.4 DPFC串聯(lián)側(cè)單元故障仿真

考慮到DPFC串聯(lián)側(cè)采用分布式DSSC技術(shù),因此在實(shí)際運(yùn)行中單個(gè)串聯(lián)側(cè)元件的故障率可能會(huì)高于UPFC串聯(lián)側(cè)整體的故障率?；谏鲜鲞x址定容結(jié)果,在IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的A-C輸電斷面潮流達(dá)到約束極限的狀態(tài)下,設(shè)置較嚴(yán)重事故:DPFC的串聯(lián)側(cè)部分單元因故障而不能繼續(xù)調(diào)控線路有功功率,共計(jì)9.7%的串聯(lián)側(cè)單元(即300個(gè))發(fā)生故障。仿真結(jié)果表明,該故障下系統(tǒng)未出現(xiàn)電壓越限和線路超過(guò)其熱穩(wěn)極限的情況,相關(guān)指標(biāo)如下:系統(tǒng)最低電壓為0.998,出現(xiàn)在母線26上;系統(tǒng)最大負(fù)載率為78.13%,出現(xiàn)在聯(lián)絡(luò)線L6-10上;A-C輸電斷面的可用輸電能力JATC為122.39 MW。

根據(jù)上述分析可知,DPFC串聯(lián)側(cè)部分單元故障并不會(huì)對(duì)其整體效能造成很大程度的影響,相較于UPFC,DPFC在電網(wǎng)運(yùn)行中更能可靠穩(wěn)定地進(jìn)行參數(shù)調(diào)控。在實(shí)際工程中,DPFC的串聯(lián)側(cè)單元往往還會(huì)考慮一定比例的冗余配置,因而在此類故障發(fā)生時(shí),可通過(guò)控制指令迅速地投入冗余單元來(lái)分?jǐn)偣收蠁卧墓δ苋笨凇?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)論述了DPFC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工作原理,對(duì)DPFC的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析,并制定了DPFC選址定容的兩階段優(yōu)化配置策略。

在IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行DPFC的優(yōu)化配置以驗(yàn)證所提策略的可行性與有效性。采用所構(gòu)建的DPFC功率注入模型進(jìn)行仿真,得到了DPFC安裝在IEEE 30母線系統(tǒng)中的最優(yōu)地點(diǎn)L28-27和最優(yōu)容量61.86 MVA。仿真結(jié)果表明,DPFC接入電網(wǎng)后有效改善了系統(tǒng)潮流均衡度,提升了斷面輸電能力,并能夠降低網(wǎng)絡(luò)損耗和穩(wěn)定接入點(diǎn)及其近區(qū)的電壓,而在最優(yōu)容量的情況下,電網(wǎng)能夠取得最大經(jīng)濟(jì)效益。此外,經(jīng)分析可知DPFC的串聯(lián)側(cè)單元部分故障不會(huì)對(duì)其整體效能造成太大影響。

隨著中國(guó)電力市場(chǎng)改革的不斷推進(jìn),電網(wǎng)公司將更為注重系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行,本文所提策略可為今后的DPFC實(shí)際工程提供參考。需指出的是,本文所提策略尚未研究多套DPFC裝置間的交互耦合,因此計(jì)及DPFC多點(diǎn)耦合的選址定容值得更深入的探討。

附錄見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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Location and Capacity Optimization Strategy of Distributed Power Flow Controller Based on Multi-indicator Performance Analysis

LIShun1,TANGFei1,LIAOQingfen1,ZHAOHongsheng2,HUANGYong2,CAIChangsong1

(1. School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China;2. Economic Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Company, Wuhan 430077, China)

For the problem that the promotion of unified power flow controller is restricted by its reliability and manufacturing cost, a distributed power flow controller (DPFC) has been designed. This paper describes the topological structure and working principle of a DPFC in detail while briefly treating its characteristics and advantages. Since the location and capacity of the DPFC in the power grid directly affects its control performance, a two-stage optimization strategy for location and capacity of DPFC is proposed. First, the optimal location is determined according to the influence degree of DPFC on the power flow balance. And then the economic cost-benefit analysis is used to optimize its capacity. The feasibility and effectiveness of the proposed strategy are verified by the optimal configuration of DPFC in the IEEE 30-bus system. Simulation results show that the DPFC can effectively improve the performance of power grid after it is connected to the system.

This work is supported by State Grid Corporation of China (No. 52150016000Y).

distributed power flow controller; locating and sizing; power flow balance; available transfer capacity; economic cost-benefit analysis

2017-01-17;

2017-03-27。

上網(wǎng)日期: 2017-06-06。

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(52150016000Y)。

( continuedonpage86)( continuedfrompage65)

李 順(1993—),男,碩士研究生,主要研究方向:電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定與控制、柔性交流輸電技術(shù)在電網(wǎng)穩(wěn)定性方面的應(yīng)用。E-mail：piaocool007@163.com

唐 飛(1982—),男,通信作者,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要研究方向:電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制。E-mail: tangfei@whu.edu.cn

廖清芬(1975—),女,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要研究方向:電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制、配電網(wǎng)規(guī)劃。E-mail: qfliao@whu.edu.cn

(編輯 蔡靜雯)