STATCOM在电力系统稳定中应用的仿真研究

S TA TCOM在电力系统稳定中
应用的仿真研究3
李峰1,高娟2
(青岛职业技术学院1.海尔学院;2.信息学院,山东青岛266555)摘要:以STA TCOM的数学模型为基础,应用MA TL AB/SIMUL IN K中的S-函数建构了其仿真模型,并将其应用于单机无穷大系统中进行了详细的系统仿真。

仿真结果表明:STA TCOM能够显著改善系统的暂态稳定性能。

仿真结果进一步验证了STA TCOM仿真模型的正确性。

关键词:STA TCOM;暂态稳定;仿真
中图分类号:TM743　文献标识码:A文章编号:167222698(2007)0120058204
一、引言
随着我国三峡工程的建设和西电东送、南北互济电网格局的逐步形成以及超高压、大容量、远距离输电技术的发展,实现全国联网、厂网分开已成为必然发展趋势。

而巨大的联网规模和复杂的运行特性必然对电网的安全稳定运行水平提出更高的要求,因此如何借助于先进的控制手段和管理技术来提高电网的安全稳定运行水平,成为制约我国电力系统快速发展的重要问题。

先进的静止无功补偿器STA TCOM(Static Syn2 chronous Co mpensator)作为FACTS控制器的重要成员之一,具有体积小、容量大、调节连续、响应速度快、经济性能好等优点,对维持节点电压和抑制电压闪变、阻尼系统振荡以及提高系统暂态稳定性发挥着重要的作用。

与传统的调相机相比,STA TCOM没有机械旋转部分带来的机械惯性,无功功率阶跃响应时间很短[1,2],因而响应速度快;与现有的静止无功补偿器SVC(Static Var Compensator)相比,STA T2 COM体积更小,输出特性更为理想。

近年来, STA TCOM在电力系统中的应用受到日益广泛的重视,美国、日本和德国已将其投入工业运行,我国自行研制的±20M var STA TCOM工业样机装置已在河南电力公司朝阳变电站运行,应用于上海电力系统的±50M var STA TCOM工业装置也正在研制中[3,4]。

本文首先根据STA TCOM的数学模型建构了其仿真模型,在此基础上,应用MA TL AB仿真软件,将STA TCOM仿真模型应用于单机无穷大系统中进行了系统级仿真,通过分析STA TCOM在系统暂态故障过程中对电力系统的调节作用来验证STA T2 COM在改善系统暂态稳定性能等方面所发挥的巨大作用。

二、STA TCOM仿真模型的建立
(一)STA TCOM数学模型
为简化应用MA TLAB软件构建STA TCOM仿真模型的复杂程度,便于理论分析,本文对STA T2 COM装置采用dq0坐标系下的数学模型,该模型如下[5]:
d
dt
i d
i q
u dc
=
-
R
L
ω-K
L
sinδ
-ω-R
L
-
K
L
cosδ
3K
2C
sinδ3K
2C
co sδ0
i d
i q
u dc
+
1
L
　0
2U s
　0
其中:ω为dq0坐标系下的旋转角频率,与三相系统电压角频率相同;K为逆变器调制比;R、L分别为STA TCOM的等值电阻和电感;C为STA TCOM 直流侧电容值;δ为STA TCOM输出电压与系统电
压间的相角差;U s为系统电压;u
dc为直流电容电压。

上述数学模型是采用输入输出建模方法建立的,
第20卷第1期2007年3月
青岛职业技术学院学报
Journal of Qingdao Technical College
Vol.20No.1
Mar.2007
3收稿日期:2006211208
作者简介:李峰(19772),男,山东淄博人,助教,硕士。

建模过程中只考虑STA TCOM 装置的主要特性如输入输出特性等,而对装置中具体某个开关器件的特性不予考虑。

由于该数学模型为常系数微分方程,便
于进行理论分析,因此被广泛应用。

[6,7]
(二)STA TCOM 仿真模型
根据上述STA TCOM 的数学模型,利用SIMU 2L IN K 中的S -函数编写数学模型的内部算法,然后利用SIMUL IN K 的封装功能产生一个与S -函数相对应的对话框和模块图标,如此便能建立一个能与SIMUL IN K 模块库中的其它模型一起使用的新模块。

该模块的输入为系统电压的瞬时有效值U s 和STA TCOM 输出电压与系统电压间的相角差δ,输出为STA TCOM 的三相电流。

值得注意的是,利用SIMUL IN K 中的S -函数构建的自定义元件的仿真模型不能直接与电力系统模块库PSB (Power System Blockset )中的元件模型同时使用,必须在仿真模型后连接相应的控制电流源模块,该仿真模型才能转变为PSB 中的元件模
型。

[8,9]这样,ST ATCOM 的仿真模型就建立了起来,为验证仿真模型的正确性,将其与一个单机无穷大系统连接起来,如图1所示。

系统中各元件的参数详见附录。

图1含有STA TCOM 的单机无穷大系统
三、
电力系统暂态稳定性仿真研究
图2基于比例的系统电压控制框图
电力系统暂态稳定是指电力系统在某个大运行情况下突然受到大的扰动后,能否恢复到原来的运行状态或达到新的稳定运行状态的能力。

本文用图1所示系统中线路的三相短路故障模拟系统的大扰动,
假定线路2在t =0.3s 时发生三相短路故障,在t =0.45s 时故障线路被切除,通过仿真研究STA TCOM 在系统暂态故障过程中对维持节点电压和抑制电压闪变、阻尼系统振荡以及提高系统暂态稳定性等方面的影响。

仿真过程中STA TCOM 的控制方法采用文献[4]提到的基于比例的系统电压控制方法,其控制框图如图2所示。

(一)STA TCOM 维持节点电压和抑制电压闪变仿真
图3所示为系统故障时安装STA TCOM 前后的STA TCOM 安装处母线电压的变化曲线。

由图可见,当STA TCOM 未接入系统时,故障瞬间其安装处母线电压迅速下降,系统不稳定;故障切除后,母线电压有所回升,但系统仍不稳定。

当STA TCOM 接入系统后,故障瞬间其母线电压也存在短时下降,但故障切除后,在t =8s 时母线电压趋于稳定,系统暂态性能得到了较大改善。

可见,STA TCOM 在维持
节点电压和抑制电压闪变方面发挥了显著作用。

(a )无
STA TCOM
(b )有STA TCOM
图3系统故障时STA TCOM 安装处母线电压变化曲线
(二)STA TCOM 阻尼系统振荡仿真
图4所示为系统故障时安装STA TCOM 前后发电机功角的变化曲线。

由图可见,当STA TCOM 未接入系统时,故障发生后发电机功角迅速增大,系统
青岛职业技术学院学报
2007年第1期　
单摆失步,当STA TCOM 接入系统后,在t =10s 左右系统基本恢复稳定,表明STA TCOM 能够较好地阻尼系统振荡。

(a )无STA
TCOM
(b )有STA TCOM
图4系统故障时发电机功角变化曲线
(三)STA TCOM 提高系统暂态稳定性仿真
图5所示为系统故障时安装STA TCOM 前后发
电机转速的变化曲线。

由图可见,当STA TCOM 未接入系统时,故障发生后发电机转速不断增大,系统失去稳定。

当STA TCOM 接入系统后,故障瞬间也存在振荡,但故障切除后振荡迅速减幅直至稳定。

可见,系统装设STA TCOM 后,可显著提高系统暂态稳定性能。

(a )无STA
TCOM
(b )有STA TCOM
图5系统故障时发电机转速变化曲线
四、结论
(一)本文基于STA TCOM 数学模型基础上,应
用MA TL AB/SIMUL IN K 中的S -函数建构了其仿真模型,并将其应用于单机无穷大系统中进行了一系列仿真,结果表明:STA TCOM 在系统暂态故障过程中对维持系统节点电压和抑制电压闪变、阻尼系统振荡以及提高系统暂态稳定性等方面的作用是十分明显的,仿真结果进一步验证了STA TCOM 仿真模型的正确性。

(二)目前,我国正在发展大区互联电网,电网互联后必将对系统的安全稳定运行提出更高的要求,深入研究STA TCOM 在我国电网中的应用与推广,具有十分重要的现实意义。

(三)需要指出的是,本文只是将STA TCOM 应用于单机无穷大系统中对提高系统暂态稳定性能进行了初步研究。

关于STA TCOM 在多机电力系统中的应用以及系统中发电机励磁与STA TCOM 的协调控制等问题还有待进一步研究。

附录:单机无穷大系统参数
发电机:额定视在功率P n =200M V A ,额定电压
V n =6.3KV ,X d =1.305,X d ′,X d ″=0.252,X q =
0.474,X q ″=0.243,T d =1.01s ,T d ′=0.053s ,T q 0″=0.1s;变压器:Δ/Y 接法,变比为6.3KV/10.5KV ,
R m =X m =500,R 2=R 2=0.08;线路:采用串联电抗
表示,X 1=X 2=X 3=0.03Ω;STA TCOM :主电路中直流电容值C =15000μF ,等值电阻R =0.85Ω,等值电感L =0.02H ,逆变器变比K =1.18。

参考文献:
[1]刘文华,梁旭,姜齐荣,等.采用GTO 逆变器的±
20M var STA TCOM [J ].电力系统自动化,
　2007年第1期青岛职业技术学院学报
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[2]李可,卓放,红雨,等.直接电流控制的静止无功
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The R esearch on the Application of STATCOM in Pow er System Stability
L I Feng1,GAO J uan2
(1.Haier School of Qingdao Technical College;rmation School of Qingdao Technical College,
Qingdao,Shandong266555)
Abstract:The simulation model of STA TCOM is const ructed based on t he mat hematics model using t he S-f unction in MA TLAB/SIMUL IN K.Applying t he simulation model into Single Machine Infinite Bus Pow2 er System,t he detailed simulation is presented.The simulation result s show t hat STA TCOM can greatly im2 prove t he t ransient stability of power system.The accuracy of simulation model on STA TCOM is f urt her certificated by t he simulation result s.
K ey w ords:STA TCOM;t ransient stability;simulation
(责任编辑　李金梅) (上接第37页)
[7]教育部师范教育司.教师专业化的理论与实践
[M].北京:人民教育出社,2003.[8]陈大伟.创造幸福的教师生活[M].成都:四川大
学出版社,2004.
The Thought and Investigation on the Role Adaptation for the T eachers Coming
from the Single2Child F amily in Shinan Distrist of Q ingdao
SUN Ai2jun
(Qingdao No.7Middle School,Qingdao,Shandong266001)
Abstract:More and more young teachers come f rom t he single2child family in China nowadays.In order to help t hem to be t he key teachers,it is of great importance to t he educational develop ment to st udy t he role adaptation and explore t he measures about t he role adaptation.In t his paper,t he writer analyzes t he role ad2 aptation and p ut s forward t he countermeasures of improving t heir role adaptation capacity.
K ey w ords:teachers fro m t he single2child family;role orientation;role adaptation
(责任编辑　刘卫华)
青岛职业技术学院学报2007年第1期　。