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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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