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基于PSASP程序的FACTS潮流建模
基于PSASP程序的FACTS潮流建模 2011年12月09日 来源: 1 前言 灵活交流输电技术(FACTS,又称柔性交流输电技术)在电力系统中已显示出极为广泛的应用前景。FACTS装置不同于以往的控制器,它可以快速而灵活地调节系统的网络元件参数,从而大幅度改善输电系统的运行水平,达到优化运行的目的。常见的FACTS装置主要有:静止无功补偿器(STAT-CON)、可控串联电容补偿器(TCSC)、可控移相器(TCPS)、统一潮流控制器(UPFC)等。一般来说,TCSC与TCPS用于线路功率的控制,STATCON可以调节系统节点电压,而UPFC则综合这两种功能,从而成为目前最具有影响力的FACTS控制器。 在FACTS潮流建模方面已有较多的研究[1~7],通常对这类控制器采取注入功率的方法来建立模型。文[1]首先将它们归结为两类控制(串联控制和并联控制)的组合,然后结合其变量的特点来建立相应的模型。进一步的研究还指出[2~4],模型变量的处理,应分为预给定变量和固定控制目标两种方式,后者可能更接近于工程实际。但是,如何将这些潮流模型与传统潮流程序结合尚需进一步工作。中国电力科学研究院的电力系统分析综合程序(PSASP)是用于电力系统分析的得力工具。新版的PSASP6.0基于视窗界面,在继承以往功能的情况下又吸收了图形化的特点,大大提高了与用户的交互性[8]。本文在前人研究的基础上,结合该软件,通过其提供的用户自定义模型和用户程序接口,分别构造了UPFC和TCPS的自定义模型,同时还发展了针对目标控制的UPFC用户程序。实际算例证实了所建模型的正确性。2 基于注入功率法的FACTS模型 FACTS元件不同于已往的电力系统控制器,原因在于它能改变系统的网络结构参数。如果不作适当的处理,不仅会增加节点导纳矩阵的维数,而且还有可能在该矩阵中产生可变元素,这样不利于潮流的计算与收敛。采用注入功率法可以克服此问题,不需要修改节点导纳矩阵,也不增加潮流方程的数目,就可以实现与潮流元件的接口。 所谓注入功率法,实际上就是一种网络拓扑变换,将线路上可调变量对系统的影响移植到节点上。这样就可以在不修改原来节点导纳矩阵的情况下嵌入FACTS模型,有利于潮流计算,同时还能提供一种直观的方式来观察FACTS对系统的影响,其模型如图1所示。 2.1 统一潮流控制器(UPFC) 在传统研究中,UPFC的作用可以表述为一串联电压源和一并联电流源的组合。若忽略UPFC的有功损耗的影响,并考虑到UPFC稳态模型的特点,结合注入功率法能方便地给出其注入功率模型:Sis=vi[ic-vpq(yij+jbc/2)]* Sjs=vj(vpqyij)* Sij=vi[-ic+(vi+vpq-vj)yij+j(vi+vpq)bc/2]*式中 Sij表示UPFC所在线路的传输功率;Sis与Sjs分别代表UPFC对节点i、j的注入功率;vpq与ic分别为UPFC的串联电压源和并联电流源。 在线路中,UPFC所在支路还必须满足UPFC装置本身的有功平衡及节点无功平衡。这样,结合UPFC装置的特点,就可以通过注入功率法将UP-FC的潮流模型加入到潮流计算中。假设vpq的相角以节点j为基准,综合上述公式,可推出UPFC在稳态下的潮流模型(见附录)。当vpq求出后,然后利用节点无功平衡方程和UPFC的平衡条件,就可直接求出并联支路的控制变量。2.2 可控移相器(TCPS) 可控移相器通常可分为纵向调节、横向调节和斜向调节,它们在电力系统柔性输电中有着广泛的应用。本文分析中,对TCPS主要采用横向调节(如图2),忽略充电电容的影响,可得到其注入方程Sis=vikj[yij(vj-vikj)]* Sjs=vj(vikjyij)* Sij=viT[(viT-vj)yij]*式中 k=tg,T=1/cos,为TCPS的移相角。对上式展开就可以得到TCPS控制下节点i、j的注入功率和相应线路的传输功率。3 PSASP中的FACTS模型与潮流计算 PSASP6.0提供了两种用户接口方法:自定义模型和用户程序接口。与已往的版本不同,PSASP6.0运行在Wingdows平台下,界面相当友好。特别在自定义建模上有很大改进,提供了即时拖放功能并支持参数同步编辑,而且由于采用了数据库存储技术,降低了数据冗余度,使建模更加方便。3.1 自定义建模(UD) 本节利用PSASP的用户自定义模型来构建UPFC和TCPS的注入模型,框图见图3和图4。其中,P(B1)、Q(B1)、P(B2)和Q(B2)分别代表该元件对节点B1和节点B2的注入功率,VT和ANG分别代表对应节点下的节点电压和相角,该值在潮流计算中可以由PSASP程序自动赋予指定值。框图单元代表PSASP提供的基本功能框
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