输电线路参数对电力系统暂态稳定性的影响研究

2015-06-19卢艳王吉峰李培江衢州职业技术学院信息工程学院浙江衢州4000浙江巨化集团公司热电厂浙江衢州4000上海大学机电工程与自动化学院上海00444

电源技术 2015年3期

卢艳，王吉峰，李培江(.衢州职业技术学院信息工程学院，浙江衢州4000；.浙江巨化集团公司热电厂，浙江衢州4000；.上海大学机电工程与自动化学院，上海00444)

卢艳1，王吉峰2，李培江3(1.衢州职业技术学院信息工程学院，浙江衢州324000；2.浙江巨化集团公司热电厂，浙江衢州324000；3.上海大学机电工程与自动化学院，上海200444)

电力系统中的短输电线路模型中含有电阻和电抗，而在分析基于静止无功补偿器的单机无穷大系统的暂态稳定性问题时常将电阻忽略，因此不能充分利用静止无功补偿器(SVC)对输电系统暂态稳定性能进行改善。在考虑同步电机转子角与电力系统稳定性关系的基础上，利用二端口网络原理对短输电线路模型进行简化，给出了模型参数，通过实验，得出在短输电线路中同步电机转子的初始位置角和最小位置角与SVC和线路的电阻有关的结论。

静止无功补偿器；临界切除时间；单机无穷大系统；暂态稳定性

随着社会和科技的发展，人们对电力的需求大大增加，现代电力系统已经发展为一个复杂的交互式网络，如何充分利用现有的传输系统资源变得越来越重要。综合了电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术及控制技术的柔性交流输电系统(FACTS)控制器能够实现灵活快速的控制交流输电系统。

静止无功补偿器(SVC)是一种FACTS装置，它由电容器、电抗器和晶闸管组成，如图1所示，通过对电抗器进行调节，可以使整个装置平滑地从发出无功功率改变为吸收无功功率(或反向进行)，SVC可以提高电力系统的暂态稳定性。

电力系统故障临界切除时间(CCT)一直是电力系统的研究重点，因为CCT说明了发生故障的电力系统的鲁棒性。电力系统的组成部分(如发电机、输电线路、变压器)都会对电力系统的稳定性产生影响，其中同步发电机的转子角直接决定了电力系统的稳定性。

图1 SVC的结构

输电线路是电力系统重要的组成部分，电力系统大部分的故障都发生在输电线路上。按照输电距离可以把输电线路分为短线路(100 km以内)、中等长度线路(100～300 km)和长线路(300 km以上)三种类型。对输电线路的研究常将电阻或电容忽略后建立简单的模型进行分析，但是，为了充分利用现有的电力系统资源，更为精确的研究是必须的。

本文研究了SVC和输电线路电阻对短传输线路的单机无穷大系统的暂态稳定性影响问题，利用二端口网络原理对系统模型进行简化，将模型在不同情况下进行仿真分析。

1 短传输线路的等值电路模型

图2所示为带有SVC的单机无穷大系统。如图2(a)所示，该系统含有一台发电机、一台变压器、四条传输线路和一个SVC，将各个部分用电气参数进行抽象(如表1)，得到该系统的等值电路，如图2(b)所示。

图2 带有SVC的单机无穷大系统

表1 电力系统各部分电气参数

利用二端口网络原理对图2(b)中各部分进行等效变换，得到了双口网络矩阵(A、B、C、D)，如图2(c)，各参数取值见公式(1)～(8)。

从图2(c)可以看出端口之间的串并联关系，如端口1与端口2是串联的，而端口3与端口4是并联的，因此将端口1和端口2串联组成一个新的端口，参数取值见公式(9)～(12)。

同理，将端口3和端口4并联成一个新端口，参数取值见公式(13)～(16)。

以此类推，最终得到如图2(d)所示的双口网络矩阵图，图中的、、和是新的双口网络矩阵参数。

同步电机的输出功率为：

电力系统临界切除时间的动力学方程为：

式中：δ、w、Pm和M分别表示同步电机的转子角、角速度、输入功率和力矩；表示同步电机的输出功率。

另外，式(7)中所提到的SVC并联电纳的值随着电力系统暂态稳定的不同状态改变而改变，即：

式中：为控制常数，表示并联电纳与电力系统动态关系。

2 仿真结果

[1]的方法，对图2所示的电力系统各参数，用标幺值表示取值如下：

如果电力系统三相故障发生在靠近母线m的线路1上，并通过线路末端的断路器切除故障，切除时间取191 ms，当电力系统不含SVC(=0)和含SVC(=10)时，电机转子角与时间的关系曲线如图3和图4所示，两图中的实线表示线路电阻与电抗的比值R/X=5%时的关系曲线，虚线表示/=0时的关系曲线。从图中可以看出，系统的稳定除了与SVC有关，还与/有关。

图3 /=0和/=5%时电机转子角变化(不含SVC)

图4 /=0和/=5%时电机转子角变化(含有SVC)

3 SVC和/对系统稳定性的影响

3.1 SVC对系统稳定性的影响

当取不同值时得到表2，从表2和图3、图4可以看出SVC与电机转子角确实有关，值越大，转子角越小，系统越趋于稳定。

表2 SVC取不同K值时电机最大和最小转子角

表3 R/X取不同值时电机最大和最小转子角(K=35)

3.2 /对系统稳定性的影响

当=35，而/取不同值时，得到了表3，从表3可以看出，输电线路电阻与电机转子初始摆动位置角(δmax)有一定关系。从图3得到，当/=0时系统是不稳定的，而当/=5%时系统是稳定的，从图4和表2、表3可以看出，线路电阻对电机最小转子角的作用是负面的，如当=10，/取 0和5%时的最小转子角δmin分别为－2.89°和－4.85°。

4 结论

本文利用二端口网络原理构建了短输电线路电路系统模型，根据电力系统同步电机转子角与系统暂态稳定性的关系，详细讨论了SVC和输电线路电阻对电机转子角的影响，从仿真结果可以看出，SVC对电机的初始摆动角和最小位置角的大小起到正面影响，而输电线路电阻仅对电机初始摆动角起到正面影响，对最小位置角起到了负面作用。因此，电力系统的暂态稳定性除了与SVC有关，还与输电线路的电阻有关，对此问题的研究可以为今后充分利用传输系统资源起到一定的促进作用。

参考文献：

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Effect study of parameters of transmission line on transient stability of power system

LU Yan1,WANG Ji-feng2,LI Pei-jiang3

The resistance and reactance were contained in the exact short transmission line model.But the resistance of the line was usually neglected when most of previous researches studies transient stability performance of SVC in SMIB system.Thus the fully capability of the SVC on transient stability improvement of power system may not be applied.On the basis of the rotor angle of the synchronous generator determines the stability of power system,the concept of two-port network was applied to simplify the mathematical model of the power system,and model parameters were given.The conclusions were come through test and compared that the first swing and the second swing of rotor angle of the faulted system were related with SVC and the resistance.

static var compensator(SVC);critical clearing time(CCT);single machine infinite bus(SMIB);transient stability

TM 74

1002-087 X(2015)03-0604-02