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1、 第2 7 卷第5 期函2 0 0 7 年5 月 电 力 自 动 化 议 备E l e c t ri c POw e r A u t o m a t i o nE q u i P m e n tV o l 2 7N o.5M a y 2 0 0 7S V C 对电力系统频率稳定性影响的仿真分析吴 起，林 莉，牟道槐，陈 进(重庆大学 高电压与电工新技术教育部重点实验室，重庆 4 000 4 4)摘要:用M at l ab软件建立电力系 统仿真模型，负 荷模型包 括异步电动机模型和恒阻杭静态 模型，静止无功补偿器(SV C)采用一阶线性化实用模型，对系统遭受双回线永久断一回线和系统负 荷突然剧增
2、这2 种典型大干扰后S V C动作对系统频率造成的影响进行仿真和分析，包 括S v C出力大小、动作时间及控制策略的影响。针对断一回线故障，当负荷端电动机比重较小时，S V C可使频率稳定在额定值。对系 统在不同 调频能力下负 荷剧增时所做的频率变化仿真表明，S v C对系 统的频率稳定性产生负面影响，S v C无功出力越大，则频率质量越差，当系 统调频能力较弱而S v C无功出力很大时，会加速系统的频率崩溃。因此，在S v c的控制系 统中应引 入频率反馈，当 监测频率低于某一定值时，应减少S V C出力至合理值。关键词:电力系 统;静止无功补偿器;频率中图分类号:T M7 1 2文献标识码
3、:A文章编号:1 0 0 6 一 6 0 4 7(2 007)0 5 一 0 0 5 8 一 0 3 电压稳定和频率稳定是电力系统稳定的2 个重要方面。为了提高系统的电压稳定性，除加强电网结构，采用合适的运行、调度手段外，越来越多的无功补偿装置应用于电力系统中，这些设备在维持系统电压水平、提高大干扰动态电压稳定性方面发挥了重要作用 一 。然而，在利用无功补偿设备提高电压稳定性时，如果仅仅以提高电压稳定性为目标，却造成频率质量的严重破坏，那么仍然可能发生电力系统崩溃叫。静止无功补偿器(S v C)作为较为成熟的F A C T S装置，其丰富的运行经验、较好的性价比使得它在电力系统中获得广泛的应用
4、，成为电力系统无功补偿的最重要设备之一。现针对S v C 无功补偿，建立电力系统数学模型，利用M at l ab仿真软件，分析s v c的调节对系统频率特性的影响仁5 一 8】。1 仿真系统数学模型 所采用的电力系统模型如图1 所示。其中，负荷模型包括异步电动机模型和恒阻抗静态模型(功率随电压下降而降低的程度较大)，下面就仿真方法及模型系统进行说明叫。M at la b 仿真中状态方程使用的模块是 Sim ul in k中的s t a t e 一 s p a c e 模块，表达式为发电机的状态方程组用标么值表示为=田 c 一1 1，nn、=又 厂n l 一几)肠=三 1。、+j一。;T 己 o
5、T d o(1)，r一G-卜夕，-登以一山“下dU一山JU一|J以一JU一|式中 尸，为机械功率;P。为电磁功率;u s 为发电机 端电压;u:为发电机励磁电压;T 二。为发电机d 轴开路暂态时间常数。仿真中 取二，=4，T 品 二 2，状态 变 量的 初 值 取占 G。二0.0 9 5 4，田 G o=0，u s=1.0 5。电动机的状态方程为d 叁=。，_ 1 dtd 田 1T j L(PeL 一 PmL)(2)d 叽 _ 一 1，.1一 不 二 一一一 下 了 厂 一 肠 L 了一 二 万.一 肠L 二 Q 不丁团丁团x=A x+Bu，y=C x+Du式中 x 是状态变量;u是输人变量;
6、y 是输出变量。式中 尸 m:为与电动机同轴的工具机的有功功率。仿真中 取几 L=3，丁 ha=l.5，状态变量的 初值取占 L=0，田 L o=0，u L=1。S V C 采用一阶 线 性化 实用 模型，如图2 所示 0。图中，把S v C和调节器的时滞统一考虑成一个一阶惯性环节;a是可调电感的触发角;姚是电压控制信号;2 是其他控制输人信号，由 具体情况而定;f一 Kc B 图1龟力系统模型F i g.IT h em o d e l o f p o w e rs y s t e m收稿日 期:2 0()6 一 0 6 一 2 6;修回日 期:2 0 0 6 一 1 0 一 2 6 1+s
7、r c J质性环节 图 2F i g.ZThe巫畔匹够气眺12补偿函数 S V C函数关系S V C的实用模型p r act i c a l m o d e l o f S V C万方数据第 5期吴 起，等:S V C 对电力系统频率稳定性影响的仿真分析函是f 的 反函 数，这 里 起线 性化作用，线性化后的 模型只包括输人、喷 性环节和输出。其中，f(a)=及，2 兀一 Z a+s i nZ a 7T(3)式中 及二为可调电感的最大电纳值。主叙1.砚 洲 叉)0.9 9 50.9 9 0 5 06 5 0.0 4 9 一 4d目4 S，J/咨乙20l56B L=一 及+及。+Kc(UB+2)
8、B svc二 及一 B c仿真中，取B、=3.0，B C=5.0，Kc=40，T C=0图S S V C 无功出 力为l p:u时的 电压及频率变化(4(550 综合负荷模型采用恒阻抗负荷与异步电动机负荷综合模型，恒阻抗负荷为尸 二(1 一 k)u Z，其中k 值代表综合负荷中动态负荷及异步电动机的比重。由于在电压水平降低时，电机需要从系统中吸收更多的无功功率，电机比 例越高，对系统电压影响越大l 。在本次仿真中，分别取k=0.3 及k=0.7。F i g.SThev aria t i o n freq u e n c yw h e nof、Q svc内今9住d/昌U、4 S飞/咨王气钾l02
9、 仿真结果及分析 设置2 种典型的大干扰，分别是双回线永久断一回 线和系统负荷突然剧增。2.1 永久断一回线故障仿真 双回线路在=1 5 时发生一回断线故障。仿真的初始条件为:发电机的无功一 电 压调节系数为3%，原动机的有功一 频率调节系数为5%，分析S V C的出力大小对系统频率所造成的影响，取k=0.3。仿真结果如图3 一 5 所示。由图3 一 5 可知，未装S V C时，系统稳定频率为50.25H z;S v C 出 力为I P.u.时，系统的 稳定频率为50H z。可见S V C的稳定作用抑制了系统频率上升。当电动机的比 重k=0.7 时，异步电动机的无功-电压动态特性提高了系统的临
10、界电压，使系统的大干扰电 压稳定性变得更为脆弱，通过仿真可知故障后最终导致电压和频率崩溃，但将S v C 无功出力最大值提高至I P.u.时，最终使得电 压 稳定在u=0.9 98P.u.，f=s o H z O2.2 负荷剧增大干扰仿真123 取k=0.3，系统的有功和无功功率均增至发电机原来所带功率的2 倍，发电机的无功一 电压调节系数为3%，原动机的有功一 频率调节系数为1.5%，仿真结果如图6、7 所示。、.oo厂 一 主卜 0.8 6 5 0 一 0 4 9 一 5 4 9.01.加 00.9 9 50.9 9 00 一 9 8 5图6未安装 S V C时的电压及频率变化 F i g
11、.6Thev aria t i o no f v o l t a 罗 a n dfreq u e n c yw i th o u t S V C成昌日认5 0.04 9.54 9 一 0634 S内、/杏乙，月立0图7s v C 无功出力为I P.u.时的 电压及频率变化F i g.7Thev a ri at i o no f v o l t a g ea n d1.000.970.9450.6 舜d昌 O4 09 、4zH/f0123456 t/5图 3未安装 S V C时的电压及频率变化 F i g.3Thev a ri at i o no f v o l t agea n d freq
12、u e n c ywith o u t S V Cfreq u e n c yw h e nQ svc=l p.u.田认00999897且000 凶昌、nll505049图4s v c 无 功出 力 为0.l p:u时 的 电压及频率变化F i g.4Thev a ri at i o nfreq u e n c yw h e n of口，飞v o l t a g ea n d=0.1 P.u.分析图6、7 可知，当系统的负荷突然大幅度增加时，产生有功功率和无功功率缺额，造成系统的电压和频率下降，系统未投人S V C时，依靠发电机的励磁系统和调速器调节使系统达到新的稳定状态，电压稳定在u=0.s
13、 7 2 s p.u.，频率稳 定在f=4 9.6 o 7 5 H z。安装s v c 后，系 统的电 压水平稳定在u=0.992 8 P.u.，频率稳定在f=4 9.Z s l l H z，与未安装s v c 时相比，电 压 接近I P.u.，而 频率 却降 低了0.3 264 H z。所以，S v C的无功出力能力越强，系统频率质量反而越差。若系统内调速器调节性能较弱或者响应较慢时，在进行无功一 电压控制的时候，系统的频率将受到更大的威胁。设系统的有功和无功功率分别增至发电机原所带功率的2 和2.5 倍，发电机的无功一 电万方数据函电 力自 动 化 议 备第 2 7卷压调节系数为3%，原动
14、机的有功2.5%。设发电机低频保护整定在机，s v c的最大无功出力为3 p.u8 一 11所示，只显示频率变化情况。一 频率调节系数为4 6 H z 时切除发电.。仿真结果如图60300 zH/f主叙F i g.86 0 卜3 0 卜图 8未安装 S V C时的频率变化Thev aria t i o nOffreq u e n c yw i th o u t S V C图gS V C 无功出力为3 p:u时的频率变化F i g.gThe whv aria t i o no f freq u e n c ye nQ svc=3 P.u.a.利用诸如 S V C等 F A C T S 无功补偿装
15、置可显著提高电力系统电压稳定性，但是在调节过程中应考虑频率的变化，不适当的控制策略不但影响频率质量，可能还会带来其他更为严重的后果;b.在进行无功补偿时，除了以电压为补偿参考量，同时引人频率的动态响应确定装置的动作时间和出力大小以协调电压和频率的控制也十分必要。参考文献:1 程浩忠.电 力系统无功电 压稳定性【M .北京:中国电 力出版社，2 00 1.【2 傅旭，王锡凡，杜正春.电力系统电压稳定性研究现状及其展望 川.电 力自 动化设备，2 005，2 5(2):1 一 9.F UX u，WA N GX i 一 丘 切，D UZ h e n g 一 c h u n.S u ry 叮 Ofp
16、owe r s y s t e m vo l t 雌es t abi l i t ys t u dy J .E l e c t ri cPOw e r A u t o m at i o nE q u i P m e n t，2(X)5，2 5(2):1 一 9.3 TAY L o RCW.P o w e r 吁 s t e mv ol t 哪 s t ab i l i t y M .北京:中国 电力出版社，2 0014 蔡那.电 力系统频率 M 2 版.北京:中国电 力出版社，1 9 9 9.5 W G3 8 一 0 1，T a s kForc eN o.2.S t a t i cv arc
17、o m p e n s at o rs R .P aris:C I G R E，1 9 8 6.6 吴家泉，谭昆玲，阮永平.电力系统无功补偿仿真分析【J.电力 电容器，2 0 0 5(4):1 8 一 2 0.WUJ i a 一 q u a n，T A NK u n 一 l i n g，R U A NY o n g 一 p i n g.S i m u l at i n ga n d an al y z i n go fp owe rs y s t e m re a c t i v ep owe rc o 呷e n s at i o n J .P o w e rC 叩aci t o r，2(X)
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21、n d u c t i o nm o t o r sd y n ami c s J .Rel 盯，2 0 0 5，3 3(5):1 2 一 1 4.12袁季修 防止电力系统频率崩溃的紧急控制仁 J .电力自 动化 设备，2 0()2，2 2(4):1 一 4 Y U A N J i 一 x i u.E m e rsen c yc o n t ro lfo rp re v e n t i n gfreq u e n c y c o l l a p s e p o w e r s y s t e m J .E l e c t ri c P(，w e r A u t o m at i o nE q
22、u i p m e n t，2(X)2，2 2(4):1 一 4.(责任编辑:李育燕)作者简介:吴 起(1 982 一)，男，河南 桐柏人，硕士研究生，主要研究方向为电力系 统运行控制与分析计算(E 一 m an:w o o-q i s ohu.OR了0气44主叙图 1 0 当频率小于 出力为 0 3F i g.1 0Thev aria t i o np 二O】4 8 H z 时限制 S V C时的频率变化freq u e n c yw i t hre s t ri c t i o no f Q svc=0.3 p.u.w h e n f4 8 H z000行6气、主叙 图 n 当频率小于 4
23、 8 H z 时限制 出力为0.4p:u时的频率变化F i g.l lThev a ri at i o no f freq u e n c yw i t hS VCr e s t nC t I 0 flo f Q svc=0.4 p.u.w h e n f 4 8 H z 由图9 可知，系统安装S V C后，电压水平得以提高，使系 统的 有功功率缺额情况变得严重，又由 于系统内的发电机调速器调频性能制约，系统频率快速下降，这个过程历时非常短，当系统频率下降到46H z 时，发电机组低频保护动作，发电机组被切除，造成系统的频率崩溃。所以，当系统的调频能力较差时，系统在大干扰过程中的频率稳定性反而
24、比电压稳定性更加重要，如果一味地稳定电压，将可能造成系统频率崩溃。为了 使频率不至于发生崩溃，在利用S v C 进行无功补偿时应考虑频率的变化，由图 10、n可知，若在频率降至48H z 时，降低S V C出力至0.3 P.u.，则可使频率稳定在4 6.2 H z，但是如果出力降 为0.4 P.u.，频 率仍 将崩 溃。由 此可 见，选 择 合 适的动作频率值及无功出力都十分必要。c o m);林 莉(l 974 一)，女，四川沪州人，博士研究生，主要研究3 结论 以上仿真结果及分析表明:方向为电力系统运行控制与分析计算;牟道槐(1 9 41一)，男，重庆人，教授，主要研究方向为电力系统运行控
25、制与分析计算。万方数据第 2 7 卷第5 期 2 0 0 7年 5月 电 力 自 动 化 议 备E l e c t r i c P o w e r A u t o m a t i o nE q u i P m e n tVo l.2 7No.5M a y 2 0 0 7由光学电流互感器对线路差动保护的影响顾黄晶，张沛超(上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 2 0 0 2 4 0)摘要:基于M at l ab/Si m ul i nk和A TP，建立了电网模型、电磁型电流互感器、光学电流互感器以及线路纵联差动保护的仿真模型。引入了一套保护系统测量单元和决策单元的评测指标。对于同一线路差动
26、保护，在相同故障条件情况下，分别安装电磁式电流互感器和光学电流互感器进行了对比仿真。以评测指标为基准，定量分析了光学互感器对线路差动保护的影响。结果表明，光学电流互感器能降低保护测量单元的稳态误差，加速保护动作，减小误动、拒动情况的发生，从而有效提高了线路差动保护的可靠性和快速性。但光学电流互感器却易导致测量单元产生较大的过冲量，其抑制直流分量的能力也较差，这将给保护带来潜在的误动可能性。关键词:光学电流互感器;线路差动保护中图分类号:T M7 73文献标识码评测指标;仿真A文章编号:1 0 0 6 一 6 0 4 7(2 0 0 7)0 5 一 0 0 6 1 一 04。引 言袋 露瓷 氛
27、锰 爵群纂耀 矍 嘿翰 黑一段 井一一冲 扣饱和 状态，没 能 从根本上 解决这一问 题。随 着光电1 仿真模型巡巡汤 蒸薰彝汰 薰1:;赢 尝 雪 粼 蔺 二收 稿日 期:2006 一 0 9 一 2 7;修 回 日 期:20 06一 1 2 一 1 8如图1 所示。该模型是一个三机系统，包含4 条、户 产 公户 户 夕户、户 户、)奋 备;)笋)心 护 盏启 派、;盏;、心 笋 奋奋 乒 护 乒 兮 笋);护)咯 江 备 洛;备公 笋 洛 启 备 知 心 笋 奋 声、心，汤、务 夕 小)伽，小;吞荡 备之 沪 备5;洛 产 户 盏合 乡 奋合，小 小 I n fi u e n c eo f
28、S V Co nP o w e rs y s t e m fr e q u e n c ys 加b i l i ty WUQ i，L I NL i，M UD ao一 h u a i，C H E NJ i n (C h o n g q i n gU n i v e r s i t y，C h o n g q i n g4 0 0 0 4 4，C h i n a)A b s t r a c t:Thes i m u l a t i o nm o d e l o f p o w e r s y s t e m si se s t a b l i s h e dw i t hM a t l a b，i
29、 nw h i c ht h ei n d u c t i o nm o t o rm o d e la n ds t a t i cc o n s t a n ti m p e d a n c em o d e la r ei n c l u d e da sl o a d s.TheS V C(S t a t i cV a rC o m p e n s a t o r)a d o P t st h efi rs t 一 o rd e rl i n e a rp r a c t i c al m o d e l，a n di t si nflu e n c eo ns y s t e m f
30、req u e n c y，s u c ha st h ec o m p e n s a t i n gc a P a c i t y，o P e ra t i n gt i m ea n dc o n t ro ls t r a t e gy，a r es i m u l a t e da n da n a l y z e dfo rtwod i s t u th a n c e s:o n eo fp aral l e l l i n e sb r e a k so ffp e rma n e n t l y;s y s t e ml o a di n c r e a s e ss h a
31、 印 l y.F o rt h efo rme rc o n d i t i o n，S V Cc a ns t a b i l i z et h efr e q u e n c ya tr a t i n gv a l u ew h e nt h em o t o rl o a dt a k e sas m a l lp ro p o rt i o n.F o rt h el a t t e rc o n d i t i o n，S V Cb ri n g sn e g a t i v ei m P a c to nfreq u e n c ys t a b i l i t y，T h em
32、 o re re a c t i v eP o w e rS V C o u t p u t s，t h ew o rs et h efr e q u e n c yq u a l i t yb e c o m e s.Wh e nt h efr e q u e n c ya dj u s t m e n tc a P a b i l i t yof s y s t e m i sp o o ra n dt h eo u t P u to fS V C i sv e 叮 l a 笔 e，t h ec o l l a P s eo ffreq u e n c yw i l lb ea c c e
33、 l e r a t e d.S ot h efr e q u e n c yfe e d b a c ks h o u l db ei n t ro d u c e di n t oS V C c o n t ro ls y s t e m，a n d t h eo u t p u to fS V C s h o u l d b er e d u c e d t oar e a s o n a b l ev a l u ew h e n t h e m o n i t o r e dfreq u e n c yi su n d e rafi x e dv a l u e.K e yw o r d s:P o w e rs y s t e m;s t a t i cv a r c o m p e n s a t o r;freq u e n c y万方数据