一种电网静止同步串联补偿器的功率等值模拟方法与流程

[0001]
本专利涉及静止同步串联补偿器技术领域，具体涉及一种电网静止同步串联补偿器的功率等值模拟方法。


背景技术：

[0002]
由于电网电源、网架和负荷等因素具有不平衡分布的特点，交流输电线路的潮流分布一般也不平衡。部分输电线路处于功率重载运行状态，而另一部分输电线路则处于功率轻载运行状态。部分输电线路将长期处于重载运行状态，成为电网薄弱环节，一旦发生故障将严重影响电网安全稳定。为了处置上述问题，一种有效的方法是通过建设应用电网潮流控制器等装置对输电线路输送功率进行主动控制，将重载线路的部分功率转移到轻载线路，实现线路输送功率平衡。其中基于h桥级联的模块化静止同步串联补偿器通过h桥模块级联可以满足高电压输出要求，无需使用升压变压器，能够直接串联进高压输电线路。通过控制静止同步串联补偿器的输出电压可以对线路输送功率进行主动调节。
[0003]
由于静止同步串联补偿器是在交流线路中串联进一个交流电压，该交流电压在系统分析应用中较为不便。
[0004]
中国专利公告号cn104052073b，公告日2017年02月01日，公开了一种统一潮流控制器的线路功率控制方法及系统，包括外环线路功率控制、内环阀侧电流控制及换流阀控制；外环线路功率控制根据输入的线路功率指令pref、qref，实测线路电压ul，实测线路功率pline、qline，计算得到串联侧换流器阀侧电流参考值isedref、iseqref；内环阀侧电流控制根据外环功率控制输出的阀侧电流参考值，以及实测阀侧电流、实测阀侧电压，计算得到换流器输出电压参考值ucref；最终换流器根据电压参考值输出相应的电压，控制线路功率达到参考值。此控制方法简单实用、可靠性高，可以快速、精确的控制线路的功率，并且能实现线路有功功率和无功功率的独立、解耦控制。


技术实现要素：

[0005]
本发明要解决的技术问题是：静止同步串联补偿器在系统分析应用中不便的问题。提出了一种电网静止同步串联补偿器的功率等值模拟方法，本方法简化了静止同步串联补偿器在电网分析或计算的模拟，提高了电网分析或计算效率。
[0006]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种电网静止同步串联补偿器的功率等值模拟方法，包括以下步骤：a)根据静止同步串联补偿器输出电压和串联输电线路相关参数来计算静止同步串联补偿器所在的交流线路首末端的复功率b)将电网中的全部静止同步串联补偿器的串联输电线路首端及末端均视为潮流pq节点，使用等值有功功率及无功功率模拟静止同步串联补偿器及其串联输电线路，用于电网分析或计算。
[0007]
通过将电网中的全部静止同步串联补偿器视为潮流节点，计算获得静止同步串联补偿器的等值有功功率及无功功率。使用两个潮流节点来等值模拟静止同步串联补偿器及
其串联输电线路，便于开展对于电力系统的具体分析。
[0008]
作为优选，步骤a)中，令功率的正方向为从线路首端指向线路末端，计算交流线路首端的复功率的方法包括：的方法包括：的方法包括：交流线路末端的复功率交流线路末端的复功率交流线路末端的复功率交流线路末端的复功率其中，z为线路阻抗幅值，v1为输电线路首端相电压的有效值，v2为输电线路末端相电压的有效值，v0为输电线路自身相电压降的有效值，α为线路阻抗角，γ为输电线路自身相电压降相量滞后输电线路首末端相电压降相量的角度，δ为输电线路首端相电压相量超前输电线路末端相电压相量的角度，β为输电线路首端电压相量滞后线路首末端相电压降相量的角度，在输电线路首端和末端分别用(p1，q1)和(p2，q2)表示的两个pq节点来模拟静止同步串联补偿器及其串联输电线路。
[0009]
静止同步串联补偿器等值功率可以用输电线路参数，以及静止同步串联补偿器的输出电压来表示。
[0010]
作为优选，输电线路首端的有功功率p1和无功功率q1为：为：输电线路末端的有功功率p2和无功功率q2为：为：其中，
其中，v1为输电线路首端相电压的有效值，v2为输电线路末端相电压的有效值，z为线路阻抗幅值，α为线路阻抗角，β为滞后的相角，δ为超前的相角，γ为滞后的相角。
[0012]
作为优选，计算输电线路自身的相电压降的相量计算输电线路自身的相电压降的相量其中，为线路首末端的相电压降的相量，为静止同步串联补偿器装置输出的相电压的相量，γ为滞后的角度，计算线路相电流计算线路相电流忽略静止同步串联补偿器装置损耗，由于静止同步串联补偿器与交流线路仅交换无功功率，不交换有功功率，所以与垂直。由于与视为方向互相垂直，将超前度的方向记为标量v
p
的正方向，v
p
是静止同步串联补偿器的输出相电压，其数值大小等于该电压有效值，其正负由其方向确定。
[0013]
输电线路自身复阻抗为z＝z∠α＝r+jx，线路阻抗幅值和阻抗角分别为z和α，r和x分别为线路电阻值和电抗值。静止同步串联补偿器装置输出相电压相量为线路相电流相量为相量为超前的角度等于线路阻抗角a。在感性工况下，超前的角度为90度，v
p
大于0，静止同步串联补偿器等值为感抗，和之间的夹角为(a+90
°
)。容性工况下，滞后的角度为90度，v
p
小于0，静止同步串联补偿器等值为容抗，和之间的夹角为(90
°-
a)。
[0016]
作为优选，v0的计算方法包括:其中，v
p
是静止同步串联补偿器的输出相电压，其数值大小等于该电压有效值，其正负由其方向确定。
[0018]
本发明的实质性效果是：电网静止同步串联补偿器的功率等值建模方法可以使用一个有功和无功功率节点来等值模拟静止同步串联补偿器，便于开展系统分析。
附图说明
[0019]
图1为电网静止同步串联补偿器结构示意图。
[0020]
图2为实施例一的静止同步串联补偿器系统电压及电流相量图。
[0021]
图3为实施例一的静止同步串联补偿器计算值和仿真值对比图。
[0022]
其中：1、静止同步串联补偿器，2、交流输电线路。
具体实施方式
[0023]
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
[0024]
实施例一：图1是电网静止同步串联补偿器1系统结构图，静止同步串联补偿器1装置串联接入交流输电线路2，其中每相静止同步串联补偿器1装置由n个h桥模块和一个连接电抗器串联组成。交流线路首端和末端的相电压相量分别为：其中为线路首端相电压幅值和相角分别为v1和0，线路末端相电压幅值和相角分别为v2和(-δ)。输电线路自身复阻抗为z＝z∠α＝r+jx，其中线路阻抗幅值和阻抗角分别为z和a，r和x分别为线路电阻值和电抗值，静止同步串联补偿器1的连接电抗器计入输电线路阻抗。静止同步串联补偿器1装置输出电压相量为线路相电流相量为
[0025]
如图2所示，交流线路首末端电压降为其中β为和之间的夹角。输电线路电压降等于和之差：其中γ为滞后的角度。线路相电流相量等于线路自身的相电压降相量除以线路阻抗：阻抗：超前的角度等于线路阻抗角a。忽略模块化静止同步串联补偿器1装置损耗，由于静止同步串联补偿器1与交流线路仅交换无功功率，不交换有功功率，所以与垂直。静止同步串联补偿器1串联进线路后，串联线路和静止同步串联补偿器1的总等值复阻抗变为z'。线路相电流相量等于线路首末端相电压降相量除以等值复阻抗z'：可得根据图2所示，感性工况下，超前的角度为90度，和之间的夹角为(a+90
°
)。容性工况下，滞后的角度为90度，和之间的夹角为(90
°-
a)。为将相量运算简化为标量运算，将超前度的方向记为标量v
p
的正方向，则可表达为其中i为相量的有效值，v
p
是静止同步串联补偿器的输出相电压，其数值大小等于该电压有效值，其正负由其方向确定。
[0026]
静止同步串联补偿器1装置使串联线路的总等值复阻抗中电抗值改变。这样，静止同步串联补偿器1可用一个可变电抗x
p
来等值：其中v0为相量的有效值。在感性工况下，v
p
大于0，静止同步串联补偿器1等值为感抗；在容性工况下，v
p
小于0，静止同
步串联补偿器1等值为容抗。输电线路电压降幅值：
[0027]
其中v
p
为静止同步串联补偿器的输出相电压，其数值大小等于该电压有效值，其正负由其方向确定。忽略静止同步串联补偿器1有功损耗，交流线路首端的复功率为：其中v0为相量的有效值。将线路首端的有功功率和无功功率用输电线路参数，以及静止同步串联补偿器1输出电压来表示：静止同步串联补偿器1输出电压来表示：交流线路末端的有功功率和无功功率也可以用输电线路参数，以及静止同步串联补偿器1输出电压来表示：器1输出电压来表示：其中：其中：
[0028]
在系统分析时，将电网中的全部静止同步串联补偿器的串联输电线路首端及末端均视为潮流节点，在输电线路首端和末端分别用(p1，q1)和(p2，q2)表示的两个pq节点来模拟静止同步串联补偿器及其串联输电线路用于电网分析或计算。
[0030]
为了详细验证静止同步串联补偿器1功率等值建模的准确性，构建每相含三个h桥模块的静止同步串联补偿器1系统。
[0031]
在本实施例工况下，输电线路首末端电压相量角差为20度，输电线路首末端线电压有效值均为220kv。交流输电线路自身的电感和电阻分别为60mh和1ω。每个h桥模块的直流电压为1.8kv。静止同步串联补偿器的调制策略采用载波移相脉宽调制，载波频率为1150hz。如图3所示，当静止同步串联补偿器1输出电压由-3.6kv逐渐增大为3.6kv时，计算得到的线路首端有功功率将随之减小；静止同步串联补偿器1输出电压从-3.6kv至3.6kv，每增加1.2kv设置一个仿真点，验证线路首端有功功率的计算值和电磁暂态仿真值相一致。如图3所示，当静止同步串联补偿器1输出电压由-3.6kv逐渐增大为3.6kv时，计算得到的线路首端无功功率将随之减小；静止同步串联补偿器1输出电压从-3.6kv至3.6kv，每增加1.2kv设置一个仿真点，验证线路首端无功功率的计算值和电磁暂态仿真值相一致。
[0032]
可见，采用本实施例的控制方法，可以使用有功和无功功率节点对电网静止同步串联补偿器1进行精确等值模拟。在交流系统分析中，只需使用两个pq节点来模拟电网静止同步串联补偿器1及其串联输电线路，方便了相应的分析计算。
[0033]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。