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江苏电机工程 第２５卷第５期 Ｊｉａｎｇｓｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 用ＦＡＣＴＳ技术提高电力系统静态负荷裕度能力 汤新光 （江苏省电力公司Ｔ程建设部，江苏南京２１００９６） 摘 要：以连续潮流法为工具，研究静止无功补偿器（ＳＶＣ）、静止同步补偿器（ＳＴＡＴＣＯＭ）以及可控串联电容器补偿 （ＴＣＳＣ）３种柔性交流输电（ＦＡＣＴＳ）器件对系统静态负荷裕度提高能力的影响，建立了ＳＶＣ、ＳＴＡＣＴＯＭ和ＴＣＳＣ 用于潮流和稳定分析的模型。介绍了用节点参与因子和支路参与因子作为指标，选择并联补偿设备和串联补偿设备 最佳安装地点的模态分析法。ＩＥＥＥ １４节点系统实现的算例表明：３种装置部可以提高系统静态负荷裕度．但影响程 度不同。 关键词：电力系统；ＳＶＣ；ＳＴＡＴＣＯＭ；ＴＣＳＣ；鞍结分岔；静态负荷裕度 中图分类号：ＴＭ７ｌ２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９ ０６６５（２００６）０５—００３８—０３ 现代电力系统中，电压崩溃事故与功角失稳事 故相比更具有突发性和隐蔽性…。近２０年来．世界 上多次电压崩溃性事故教训，使电压稳定这个长期 被忽视的问题成为电力学术界广泛关注的焦点 虽 单纯用于电压控制的ＳＶＣ控制器模型如图２ 所示。 ｄ～一０ 然国内外学者对该课题已经进行大量的研究，但对 于电压失稳机理、分析方法、稳定指标和控制手段 等问题还没有很好的解决办法。柔性交流输电 （ＦＡＣＴＳ）技术作为一种新兴的技术，由于具有快速 灵活的控制能力，对防止系统电压崩溃有重要作用， 已经大量用于电力系统电压稳定控制，但是不同 ＦＡＣＴＳ装置对系统电压稳定性的影响程度还缺乏 定论［２－３］。本文以连续潮流法（ＣＰＦ）为分析工具，以 鞍结分岔点标识的静态负荷裕度为系统电压稳定 图２用于电压控制的ＳＶＣ控制器结构 ｒ为电压参考值； 为母线电压； ，为ＳＶＣ端［２１电 压；ｄ为晶闸管触发角； 为晶闸管触发角稳态值； 为一阶放大环节； 为超前滞后环节 １．２ ＳＴＡＴＣＯＭ模型 ＳＴＡＴＣ０Ｍ的基本控制原理是通过控制ＶＳＣ 指标，研究了静止无功补偿器（ＳＶＣ）、静止同步补偿 器（ＳＴＡＴＣＯＭ）以及可控串联电容器补偿（ＴＣＳＣ） ３种ＦＡＣＴＳ装置对电压稳定指标的影响。 环流器输出电压的幅值和相位．达到保持母线电压恒 定的目的。在准静态运行时，认为ＶＳＣ输出电压和 母线电压同相位，因此换流器和系统之间不存在有功 流动；若ＶＳＣ输出电压高于母线电压，ＳＴＡＴＣＯＭ 向系统提供无功，反之吸收无功。用于电压控制的 ＳＴＡＴＣＯＭ结构如图３所示，ＳＴＡＴＣＯＭ控制器结 构如图４所示。 １ ＦＡＣＴＳ装置模型 １．１ ＳＶＣ模型 用于控制电压的典型ＳＶＣ结构见图ｌ。晶闸管 控制电抗器（ＴＣＲ）经过一降压变压器与系统母线相 联，母线电压ｌ，被量测并与电压参考值 ，相比较， 所得的偏差信号送入控制模块，由控制模块发｝Ｈ品 闸管的触发信号。 ｒ为电压参考值；Ｖ为母线电压；ｄ为晶『韧管触发角； 为直流侧电容电压； 为直流侧电容电压参考值 为电压参考值； 为母线电压；Ｖ 为ＳＶＣ端ＶＩ电压 ｄ为晶闸管触发角： 和Ｃ分别为ＴＣＲ的电感和电容 图３电压控制的ＳＴＡＴＣ０Ｍ结构示意 １．３ ＴＣＳＣ模型 图１电压控制的ＳＶＣ结构示意 收稿日期：２００６—０３—２０：修回日期：２００６—０７—２４ ＴＣＳＣ通过平滑地改变串入线路中的电容（抗） 量以达到控制的目的，其电路结构如图５所示。常 维普资讯 http://www.cqvip.com
汤新光：用ＦＡＣＴＳ技术提高电力系统静态负荷裕度能力 ３９ Ｖ ｒ为电压参考值；Ｖ为母线电压；ａ为品闸管触发角；ａ。为晶 闸管触发角稳态值；Ｔ １－为采样环节； ｐ＋争为ＰＩ环节 图４用于电压控制的ＳＴＡＴＣＯＭ控制器结构 见的ＴＣＳＣ的控制模式为定电抗控制，即将ＴＣＳＣ 串人的电容（抗）保持在一定的设定值，但这不同于 普通的固定串联补偿器，ＴＣＳＣ的电容（抗）设定值 可根据情况灵活、平滑地改变，并且在设定值的基 础上可加人附加信号，以起到抑制次同步振荡及提 高系统阻尼等作用。 ｖｋ 和ｖｍ ６ 分别为ｋ侧、ｍ侧的电压； 为母 线电流参考值；，为母线电流；ｏｔ为品闸管触发角 图５ ＴＣＳＣ结构示意 ＴＣＳＣ定阻抗控制结构如 ６所示。 Ｔ 为一阶放大环节；篙 为超前滞后环节； 为隔直环节儿为ＴＣＳＣ等效电抗‰ 为ＴＣＳＣ电抗稳态值。 图６ ＴＣＳＣ定阻抗控制结构 ２ ＦＡＣＴＳ装置安装地点选择 采用ＦＡＣＴＳ装置提高系统电压稳定性．首先 要选取ＦＡＣＴＳ装置最佳安装地点才能充分发挥 ＦＡＣＴＳ装置的控制潜力．最大限度提高系统电压稳 定性。文献［４］基于模态分析法，提出了节点参与因 子和支路参与因子的概念和计算方法．以此作为并 联型、串联型ＦＡＣＴＳ装置最佳安装地点选择的依据 模态分析最初用于小干扰功角稳定分析 Ｇａｏ 等最先将应用到电压稳定研究中＿４］，利用模态可预 报电压崩溃，较准确地确定电压稳定裕受和功率传 输极限，辨识电压稳定的薄弱点和易发生电压失稳 的区域，找出有效的校正控制方式和控制地点 【ｆ△Ｐ １△Ｑ＿ Ｉ＝ ｆ．， 一 １Ｊｌ ｆ△ １ＡＶ Ｊ 式中：△Ｐ为节点注人有功功率的变化量向量；△Ｑ 为节点注入无功功率的变化量向量：ＡＯ为节点电压 相角的变化量向量；ＡＶ为节点电压幅值的变化量 向量。 认为电压幅值和无功强耦合而与有功弱耦合， 令△Ｐ ０．则： ＡＶ＝ △Ｑ （２） 式中： ＝ 一 －１ 为简化的Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵。 由矩阵理论， 可以分解为： ＪＲ＝ ＪＲ＝ （３） 式中： 为 的左特征矩阵； 为 的右特征矩阵； ／ｌ为 的特征值对角矩阵。 由此卷＝ （后代表节点编号）可以判 别系统各节点电压稳定性 根据Ｇａｏ的定义．节点参与因子： ＝ （４） 节点参与因子反映了节点 处、第ｉ个特征根 对电压一无功灵敏度的作用。 定义支路 对模态ｉ的参与因子为： Ｐ＝ 支路 的Ａ０。』‘ △Ｑ。。 的最 （５） 支路参与因子显示在某个模态下，无功负荷的 增长使哪条支路消耗了最多无功功率。如果一条支 路的参与因子较大，表示该支路为弱连接或重负荷， 可以通过其来确定适当的校正控制措施．以提高电 压稳定性，避免紧急情况的发生。 ３算例及分析 ３．１算例 本文采用ＩＥＥＥ １４节点系统算例，如图７所示。 该系统含有５台发电机，系统具有良好的初始运行 状态。 ３．２分析 ３．２．１并联补偿装置最佳安装地点选择 （１）求取当前运行点．， 的所有特征根Ａ 其最小特征根（主导特征根）为人 ． ＝０．３７１ ５５ （２）求取节点参与因子 最小特征根为Ａｍｉｎ＝０．３７１ ５５ 维普资讯 http://www.cqvip.com
４０ 江苏 电⑤表示发电机；⑤表示同步补偿器 图７ ＩＥＥＥ １４一Ｂｕｓ测试系统 图８中的结果表明，负荷节点１４的参与因子最 大，Ｐ ：０．５６５ ５６。因此，并联型电压补偿装置的最 佳安装地点为１４号负荷节点。 ｅ 区 一１ ± １ ２ ３ ４ ５ ６，８ ９ １０ ｌ１ １２ １３ １４ 节点编号 图８ ＩＥＥＥ １４节点系统节点参与因子分布 ３．２．２串联补偿装置最佳安装地点选择 线路２—３的支路参与因子最大，因此可选择线 路２—３为最佳的ＴＣＳＣ的安装地点。ＴＣＳＣ串人线 路的电抗为－ｊｏ．０５（标幺值）。 ３．２．３连续潮流法计算结果比较 本文旨在研究各种ＦＡＣＴＳ装置对系统静态负 荷裕度的影响。图９给出了安装ＦＡＣＴＳ装置前原 系统的ＰＶ曲线：图１０给出了在１４号节点安装１ 台ＳＶＣ后系统ＰＶ曲线：图１１为在１４号节点安装 １台ＳＴＡＴＣ０Ｍ后系统的ＰＶ曲线：图１２为系统 ２—３线路巾安装１台ＴＣＳＣ后系统ＰＶ曲线。 负荷因子／ｐｕ 图９ １４号节点原系统ＰＶ曲线 机 工程 Ｏ Ｏ Ｏ ７ ６ ５ ４ ３ ２ Ｃ ｊ ｅ 亩 负荷因子／ｐｕ 图１Ｏ １４号节点安装ＳＶＣ后系统的ＰＶ曲线 ｅ 电 负荷因子／ｐｕ 图１１ １４号节点安装ＳＴＡＴＣＯＭ后系统的ＰＶ曲线 童 负荷因子／ｐｕ 图１２ １４号节点安装ＴＣＳＣ后系统的ＰＶ曲线 ４结论 （１）ＳＶＣ、ＳＴＡＴＣＯＭ和ＴＣＳＣ均可有效延迟系 统鞍结分岔点，从而提高系统静态负荷裕度。 （２）并联型补偿装置直接安装于系统负荷侧，可 以就地补偿无功．在保证系统负荷裕度的前提下，还 可保证系统有较好的电压水平。 （３）相比ＳｖＣ，ＳＴＡＴＣＯＭ具有更好的电压控 制能力．在系统接近崩溃点时仍可保持系统运行于 较高的电压水平。因此，不能单纯的以系统较高电压 水平作为判断系统电压稳定的标准。如本文研究结 论．安装ＳＶＣ和ＳＴＡＴＣＯＭ后，系统有可能在较高 电压水平上发生电压崩溃事故。系统电压稳定应包 含两方面内容．即保持较高的电压水平和保持一定 的电压稳定裕度。 维普资讯 http://www.cqvip.com
江２００６年９月 苏电机工程 第２５卷第５期 ４１ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 基于ＵＳＢ２．０协议的ＤＳＰ高速数据采集系统的设计 毕宇辉，黄成军，郭灿新，钱 勇 （上海交通大学电气工程系，上海２００２４０） 摘 要：根据便携式高速数据采集的要求，设计并完成了一套基于通用串行总线（ＵＳＢ）２．０协议的高速数据采集系 统。对数字信号处理器（ＤＳＰ）的主机接口（ＨＰＩ）、ＵＳＢ芯片的通用可编程接口（ＧＰＩＦ）和端点以及ＵＳＢ固件程序和 ＰＣ主机应用程序的编写进行了介绍 该系统使用ＴＩ公司的Ｃ６０００系列高性能ＤＳＰ芯片作为系统核心，并经由ＵＳＢ 接口芯片与ＰＣ主机相连接．实现采样系统与ＰＣ主机之间的高速数据传输。ＤＳＰ高速数据采集系统应用于大型发 电机局部放电在线监测中，实现了局部放电信号的检测和重构。 关键词：数据采集；采集系统：ＵＳＢ２．０协议；ＤＳＰ 中图分类号：ＴＰ２７４＋．２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—０６６５（２００６）０５—００４１—０３ 数据采集系统采样速度和采样精度的提高，使 得采样得到的数据量大大增加，因此对高速采集系 的ＣＹ７Ｃ６８０１３作为ＵＳＢ接口芯片。通过ＤＳＰ芯片 的主机接口（ＨＰＩ）以及ＵＳＢ接口芯片，实现采集系 统的数据传输过程提出更高的要求。传统的总线机 制如ＲＳ２３２、ＲＳ４８５等已无法满足大数据量实时采 样系统的需要。现在流行的通用串行总线（ＵＳＢ）可 统与ＰＣ主机之间的高速数据传输…。 １硬件设计 １．１采集系统框架 达到非常高的传输速率，并具有即插即用的特性。把 ＵＳＢ与Ｃ６０００系列数字信号处理器（ＤＳＰ）芯片相 结合，可设计出便携的高速数据采集系统。系统应用 于发电机局部放电在线监测中，实现了局部放电信 号的检测和实时重构。ＴＩ公司高端的ＤＳＰ芯片 ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３Ｂ作为采样系统的主控芯片．与外围 的模拟数字变换器（Ａ／Ｄ）及先进先出（ＦＩＦＯ）芯片共 同完成高速数据采集，采样速率可高达２５ＭＳ／ｓ 在数 整个系统的框架如图１所示。 据传输上使用Ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ＥＺ—ＵＳＢ ＦＸ２系列中 收稿日期：２００６—０３—０２；修回日期：２００６—０６—２８ 图１ ＤＳＰ采集系统框架 参考文献： ［１］ＣＡＮＩＺＡＲＥＳ Ｃ Ａ．ＩＥＥＥ—ＰＥＳ Ｖｏｌｔａｇｅ ＳｔａｂｉｌｉｔｙＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ（Ｃｏｎ— ｃｅｐｔｓ，Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ａｎｄ Ｔｏｏｌｓ）ｌＲ］．２００２． ［４］ＧＡＯ Ｂ，ＭＯＲＩＳＯＮ Ｇ Ｋ，ＫＵＮＤＵＲ Ｐ．Ｖｏｌａｇｅ Ｓｔｔａｂｉｌｉｙ ｔＥｖａｌｕａ－ ｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｍｏｄａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓ— ｔｅｒｎｓ．１９９２，７（４）：１５２９—１５４２． ［２］刘大鹏，唐国庆，雷宪章，等．选择最佳ＴＣＳＣ安装地点提高电 力系统电压稳定性［Ｊ］．电力系统自动化，２００２．２６（３）：１６—１９． ［３］顾伟，蒋平，唐国庆．ＳＶＣ控制引起的电压振荡失稳研究 作者简介： 汤新光（１９５６），男，江苏张家港人，高级工程师．研究方向为电力 系统运行和工程建设。 ［Ｊ］．中国电力．２００５，３８（８）：１９—２３． Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｔａｔｉｃ Ｌｏａｄ Ｍａｒｇｉｎ Ｕｓｉｎｇ ＦＡＣＴＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＴＡＮＧ Ｘｉｎ・ｇｕａｎｇ （Ｊｉａｎｇｓｕ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ＦＡＣＴＳ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ：ＳＶＣ，ＳＴＡＴＣＯＭ ａｎｄ ＴＣＳＣ，ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄ ｍａｒｇｉｎ（ＳＬＭ）ｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｉｎｕｅｓｌｏａｄｆｌｏｗｔｏｏｌｓ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｆｌｏｗａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｓｏｆｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ ａｒｅ ｆｏｕｎｄｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｗｏ ｉｎｄｉｃｅｓ—ｂｕｓ ａｎｄ ｂｒａｎｃｈ ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｉｏｎｓ，ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｈｕｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ ａｎｄ ｓｅｒｉｅｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＩＥＥＥ １ ４ ｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ３ ｋｉｎｄ ｏｆ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｃａｎ ａｌｌ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄ ｍａｒｇｉｎ ｂｕｔ ｗｉｈ ｄｉｆｔｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ；ＳＶＣ；ＳＴＡＴＣＯＭ；ＴＣＳＣ；ｓａｄｄｌｅ－ｎｏｄｅ ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ；ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄ ｍａｒｇｉｎ
