張勇，羅滇生，范幸，李帥虎

（湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，長沙410082）

STATCOM與傳統(tǒng)電壓無功控制手段協(xié)調(diào)應(yīng)用

張勇，羅滇生，范幸，李帥虎

（湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，長沙410082）

靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）在電壓無功控制中應(yīng)用效果的發(fā)揮有賴于它與傳統(tǒng)電壓無功控制手段的協(xié)調(diào)。文中指出阻抗模裕度指標(biāo)是系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性最直觀的衡量指標(biāo)，并利用其變化情況來反映系統(tǒng)所處運(yùn)行狀態(tài)。從充分發(fā)揮STATCOM暫態(tài)特性的角度出發(fā)，提出了基于系統(tǒng)不同運(yùn)行狀態(tài)的變電站內(nèi)STATCOM與傳統(tǒng)無功電壓控制裝置協(xié)調(diào)控制策略，給出了系統(tǒng)運(yùn)行于穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)時(shí)STATCOM與有載調(diào)壓變壓器、電容器組不同的協(xié)調(diào)原則。算例表明該策略是可行的和有效的。

靜止同步補(bǔ)償器；阻抗模裕度；運(yùn)行狀態(tài)；協(xié)調(diào)控制

我國已形成華東、東北、華中、粵閩瓊和京津冀魯五大受端電網(wǎng)。地區(qū)負(fù)荷過重，外電送入比例不斷增大，空調(diào)負(fù)荷、恒功率負(fù)荷比重越來越大等特點(diǎn)使電壓穩(wěn)定問題日益突出[1]。目前，基于廣域信息下的絕大多數(shù)變電站電壓無功控制VQC（voltage quality control）由并聯(lián)電容器組配合有載調(diào)壓變壓器根據(jù)“九區(qū)圖”實(shí)現(xiàn)?？墒牵摬呗韵驴刂圃O(shè)備只能實(shí)現(xiàn)階躍、分段控制，投切容量相對(duì)較大，難以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)。而且由電容器組離散性質(zhì)決定，其一旦投切可能使母線產(chǎn)生較大沖擊電壓，導(dǎo)致裝置盲目誤動(dòng)[2-3]。多年來專家學(xué)者們多從“九區(qū)圖”的邊界和控制算法上對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，但上述根本問題仍未解決。

近年來，以靜止同步補(bǔ)償器STATCOM（static synchronous compensator）為代表的靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS（flexible AC transmission systems）以其響應(yīng)時(shí)間短、產(chǎn)生諧波含量少、輸出無功的能力不受母線電壓影響等優(yōu)點(diǎn)獲得業(yè)界高度關(guān)注[4-6]。當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，STATCOM快速交換無功，抑制電壓波動(dòng)，提高交流系統(tǒng)的電壓恢復(fù)能力[7]。然而，其控制復(fù)雜，價(jià)格昂貴，且在抑制三相不平衡的暫態(tài)過程中容易過流，經(jīng)常出現(xiàn)“要么處于封鎖狀態(tài)，要么只能以小容量工作”的情況[8]。因此，STATCOM的單獨(dú)推廣運(yùn)行目前較為困難。

有學(xué)者針對(duì)在無功優(yōu)化中如何綜合考慮連續(xù)變量及離散變量進(jìn)行了相關(guān)的研究[9-10]，然而具體到廠站內(nèi)部關(guān)于二者協(xié)調(diào)問題的討論并不多見。文獻(xiàn)[11-12]分析了STATCOM和有載調(diào)壓變壓器動(dòng)態(tài)性能的差異，分別采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置輸出限值的方法來減小電壓波動(dòng)，在一定程度上改善了有載調(diào)壓變壓器頻繁動(dòng)作的問題。但在實(shí)際的變電站電壓無功控制中，電容器組仍然是主要的無功承擔(dān)者，因此需要一種控制策略來指導(dǎo)有載調(diào)壓變壓器、電容器組、STATCOM在廠站內(nèi)的協(xié)調(diào)動(dòng)作。文獻(xiàn)[13]提出了一種基于“離散設(shè)備優(yōu)先動(dòng)作，連續(xù)設(shè)備精細(xì)調(diào)節(jié)”原則的在線靈敏度計(jì)算協(xié)調(diào)控制策略，發(fā)揮了STATCOM快速動(dòng)態(tài)支撐無功的作用，也在一定程度上減少了變壓器分接頭和電容器組動(dòng)作次數(shù)。但是，STATCOM的動(dòng)態(tài)特性決定了其主要針對(duì)暫態(tài)故障，上述策略經(jīng)過電壓無功計(jì)算、靈敏度計(jì)算、控制動(dòng)作指令的形成等過程，執(zhí)行時(shí)間較長，無法滿足暫態(tài)補(bǔ)償實(shí)時(shí)性的要求，且容易造成控制動(dòng)作的混亂。此外，該策略采用的“九區(qū)圖”規(guī)則不能很好地適用于變電站內(nèi)有連續(xù)設(shè)備的情況，也沒有考慮有載調(diào)壓變壓器的調(diào)節(jié)也會(huì)影響無功分布。

為解決上述問題，本文提出了基于系統(tǒng)不同運(yùn)行狀態(tài)的變電站內(nèi)STATCOM與傳統(tǒng)無功電壓控制裝置協(xié)調(diào)控制策略。通過設(shè)置一個(gè)快速辨別系統(tǒng)是處于穩(wěn)態(tài)還是暫態(tài)的模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和暫態(tài)擾動(dòng)不同模式的調(diào)控。為了更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)連續(xù)設(shè)備和離散設(shè)備之間的協(xié)調(diào)動(dòng)作，STATCOM與電容器組按照“離散設(shè)備基礎(chǔ)支撐，連續(xù)設(shè)備精細(xì)調(diào)節(jié)”的原則進(jìn)行無功分配，設(shè)置一個(gè)“死區(qū)模塊”來協(xié)調(diào)STATCOM與有載調(diào)壓變壓器的動(dòng)作配合。該策略既最大限度地發(fā)揮了STATCOM快速抑制電壓波動(dòng)的暫態(tài)支撐能力，又可在穩(wěn)態(tài)時(shí)配合離散設(shè)備調(diào)控，有效減少其動(dòng)作次數(shù)；同時(shí)為暫態(tài)故障留下充足的無功儲(chǔ)備，實(shí)現(xiàn)快速、精確、經(jīng)濟(jì)的無功補(bǔ)償目標(biāo)。

1 基于非解析復(fù)變電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定動(dòng)態(tài)分析的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)判別方法

文獻(xiàn)[14]提出非解析復(fù)變電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)分析方法，將系統(tǒng)簡化為如圖1所示的等值電路。

圖1 非解析復(fù)變電力系統(tǒng)綜合動(dòng)態(tài)等值電路Fig.1Comprehensive dynamic equivalent circuit of non-analytic complex power system

圖中：ZiLD為節(jié)點(diǎn)i負(fù)荷靜態(tài)等值阻抗；ZiTHEV為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值阻抗；EiTHEV為等值系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電勢(shì)；Vi為等值系統(tǒng)端電壓，Ii為注入等值系統(tǒng)的電流，PiLD+jQiLD為等值的系統(tǒng)負(fù)荷。

系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值阻抗為

因?yàn)榉墙馕鰪?fù)變系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)電壓不是注入電流的解析復(fù)變函數(shù)，故在復(fù)數(shù)域內(nèi)不能展開成后者的泰勒級(jí)數(shù)。引入作為實(shí)數(shù)的注入系統(tǒng)功率λ為參變量可得

然而，λ不能同時(shí)作為目標(biāo)函數(shù)和其中的參變量，應(yīng)用于非解析復(fù)變電力系統(tǒng)的計(jì)算中。理論上，能反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的任何實(shí)變量均可替代之。不妨取注入節(jié)點(diǎn)電流的實(shí)部Ix進(jìn)一步替換為

可證明當(dāng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值阻抗模等于負(fù)荷靜態(tài)等值阻抗模時(shí)，有功功率取得極大值，電壓穩(wěn)定達(dá)到臨界點(diǎn)。利用該判據(jù)，基于電力系統(tǒng)非線性等值模型的局部指標(biāo)法可定義負(fù)荷節(jié)點(diǎn)阻抗模裕度為

上述定義將解析復(fù)變系統(tǒng)極限傳輸功率判據(jù)推廣到非解析的復(fù)變電力系統(tǒng)，從而才可應(yīng)用該等值模型計(jì)算阻抗模裕度指標(biāo)。阻抗模裕度反映了系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)離極限傳輸狀態(tài)的距離，其取值區(qū)間為0～1。當(dāng)μi為0時(shí)，系統(tǒng)處于電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)。其值越小，節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定性越弱。可見，μi是電壓穩(wěn)定性分析最直觀的指標(biāo)，能有效地反映電壓穩(wěn)定的裕度。

當(dāng)系統(tǒng)處于正常的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，μi值變化不明顯；而一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障或負(fù)荷突增等大的擾動(dòng)時(shí)，穩(wěn)定性遭到破壞，μi值將迅速減少。本文正是利用μi值在考察時(shí)間內(nèi)的變化情況判斷系統(tǒng)是運(yùn)行于穩(wěn)態(tài)還是暫態(tài)。

非解析復(fù)變電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析中，μi值計(jì)算所需狀態(tài)變量很容易得到，且計(jì)算公式簡單。故可實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)在不同調(diào)控模式下的快速切換，滿足精度和時(shí)間上的要求。

2STATCOM與離散設(shè)備協(xié)調(diào)控制

2.1 協(xié)調(diào)原則

自動(dòng)電壓控制AVC（automatic voltage control）的本質(zhì)是響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷變化，對(duì)無功電壓資源進(jìn)行協(xié)調(diào)，滿足合理的無功電壓分布?？紤]到STATCOM裝置的動(dòng)態(tài)特性以及電容器組、有載調(diào)壓變壓器的離散性質(zhì)，本文的協(xié)調(diào)原則為：暫態(tài)時(shí)，STATCOM快速出力，恢復(fù)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定；穩(wěn)態(tài)時(shí)，“離散設(shè)備基礎(chǔ)支撐，連續(xù)設(shè)備精細(xì)調(diào)節(jié)”，即電容器組或有載調(diào)壓變壓器對(duì)容量較大的負(fù)荷無功電壓需求進(jìn)行基礎(chǔ)支撐，STATCOM對(duì)離散設(shè)備不能夠精細(xì)調(diào)節(jié)的部分進(jìn)行補(bǔ)充控制。

2.2 規(guī)則庫

理論與實(shí)驗(yàn)表明，“九區(qū)圖”規(guī)則庫沒有考慮連續(xù)設(shè)備的動(dòng)作特性，已不能適用于廠站內(nèi)有STATCOM加入的情況，更無法對(duì)STATCOM與離散設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。本文采用如圖2所示規(guī)則庫[15]。

圖2 規(guī)則庫Fig.2Rules base

圖中V為變電站母線電壓，Vh為主變高壓側(cè)電壓，Qh為主變高壓側(cè)注入無功。上上限和下下限為主變分接頭檔位動(dòng)作條件，是一系列條件的集合，不同變電站的定義可能不同。本文選取某種典型的上上限和下下限，要求此時(shí)已經(jīng)投入必要的電容器，主變無功滿足一定要求，但220 kV側(cè)電壓仍然低于某一數(shù)值[15]。

該規(guī)則庫較“九區(qū)圖”有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）將傳統(tǒng)“九區(qū)圖”中電容器的具體投切轉(zhuǎn)換為無功的增減，從而為協(xié)調(diào)動(dòng)作指明方向；

（2）考慮了連續(xù)設(shè)備的動(dòng)作特性，可有效發(fā)揮連續(xù)設(shè)備暫態(tài)支撐作用。

2.3 協(xié)調(diào)控制策略

本文綜合以往協(xié)調(diào)控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出如圖3所示協(xié)調(diào)控制框圖。

圖3 協(xié)調(diào)控制框圖Fig.3Coordinated control block diagram

圖中n為變壓器分接頭檔位，k為投切的電容器組數(shù)，Qs為STATCOM當(dāng)前無功出力。首先通過現(xiàn)有的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集SCADA（supervisory control and data acquisition）下行通道將采集到的信息送入電壓無功計(jì)算模塊，計(jì)算母線電壓U、無功功率Q、電壓偏差ΔU等幾個(gè)本地參考變量。靈敏度計(jì)算單元根據(jù)這些信息計(jì)算出無功需求量ΔQ。

為了滿足暫態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)性要求，且保持控制動(dòng)作的精確有序，先將上述狀態(tài)變量送入系統(tǒng)狀態(tài)識(shí)別模塊辨別系統(tǒng)所處運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障等大擾動(dòng)時(shí)，μ值明顯減小甚至跌落，狀態(tài)識(shí)別模塊據(jù)此判別系統(tǒng)是處于暫態(tài)，指示協(xié)調(diào)控制器直接對(duì)STATCOM發(fā)出暫態(tài)模式指令，STATCOM以開環(huán)控制方式快速投入運(yùn)行響應(yīng)；穩(wěn)態(tài)時(shí)，狀態(tài)識(shí)別模塊檢測(cè)到μ值沒有明顯變化，協(xié)調(diào)控制器一邊接收變電站母線和STATCOM注入無功的實(shí)時(shí)信息，一邊接收狀態(tài)識(shí)別模塊的穩(wěn)態(tài)指令，實(shí)現(xiàn)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)不同調(diào)控模式的切換，具體完成以下兩步協(xié)調(diào)動(dòng)作。

步驟1根據(jù)規(guī)則庫，初步確定是要進(jìn)行無功的增減還是變壓器的投退。

步驟2按照第一步指示的調(diào)控方向，在連續(xù)變量和離散變量之間進(jìn)行無功的分配和動(dòng)作的協(xié)調(diào)。

如果系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)要求利用無功補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)壓，則無功在STATCOM與電容器組之間按照“離散設(shè)備基礎(chǔ)支撐、連續(xù)設(shè)備精細(xì)調(diào)節(jié)”的原則進(jìn)行配合，設(shè)當(dāng)前可投入或退出的電容器容量為Qc。

（1）若ΔQ>0，則增加無功補(bǔ)償。

①若Qs+ΔQ≥Qc，則投入電容器，同時(shí)STATCOM無功調(diào)節(jié)到Qs+ΔQ-Qc；

②若Qs+ΔQ

（2）若ΔQ<0，則減少無功補(bǔ)償。

①若Qs+ΔQ≤-Qc，則退出電容器，同時(shí)將STATCOM無功調(diào)節(jié)到Qs+ΔQ+Qc；

②若Qs+ΔQ>-Qc，則僅將STATCOM無功調(diào)節(jié)到Qs+ΔQ。

如果系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)利于有載調(diào)壓變壓器調(diào)壓，則按照如圖4所示的控制流程協(xié)調(diào)STAT-COM與變壓器抽頭的動(dòng)作。

圖4STATCOM與有載調(diào)壓變壓器協(xié)調(diào)原理Fig.4Coordination principle between STATCOM and on-load voltage regulating transformer

為防止系統(tǒng)頻繁振蕩，協(xié)調(diào)控制策略設(shè)計(jì)了一個(gè)死區(qū)模塊。這個(gè)模塊在一個(gè)特定的范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生零輸出，稱之為死區(qū)。死區(qū)上下限指定為死區(qū)開始和結(jié)束對(duì)應(yīng)的母線電壓、主變高壓側(cè)注入無功等參數(shù)。STATCOM無功輸出作為模塊輸入，工作原理如下。

①當(dāng)輸入在死區(qū)上下限之間時(shí)，模塊輸出為零；

②其他情況，模塊輸出為輸入減去上限。

有載變壓器的電壓參考值隨著STATCOM無功輸出而變化，其調(diào)節(jié)目標(biāo)是保持負(fù)載母線電壓不變。僅當(dāng)死區(qū)模塊輸出為零時(shí)，有載調(diào)壓變壓器電壓參考值等于負(fù)載母線電壓。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，參考電壓與負(fù)載母線電壓不同。此時(shí)，STATCOM由于其動(dòng)態(tài)特性，快速提供一定的無功電壓支撐。協(xié)調(diào)控制器調(diào)節(jié)有一定延時(shí)的變壓器分接頭動(dòng)作，STATCOM漸漸釋放已補(bǔ)償?shù)臒o功，為下一次波動(dòng)提供穩(wěn)定裕度。分接頭每動(dòng)作一次，STATCOM釋放部分無功容量，直到最終的變壓器參考電壓接近負(fù)載母線電壓。

上述協(xié)調(diào)策略考慮了變壓器動(dòng)作對(duì)無功分布的影響。通過死區(qū)模塊的設(shè)置，既可減少抽頭的頻繁操作，又使STATCOM為暫態(tài)故障留有足夠大的裕量。

3 仿真分析

3.1 仿真模型及仿真條件

選取南方電網(wǎng)某220 kV變電站為仿真對(duì)象驗(yàn)證本文所提協(xié)調(diào)策略，其基本接線圖和運(yùn)行參數(shù)分別如圖5和表1所示。

圖5220 kV變電站接線Fig.5220 kV substation wiring

表1 基本運(yùn)行參數(shù)Tab.1Basic operating parameters

圖中P+jQ表示負(fù)荷大小。選取0時(shí)為當(dāng)前時(shí)刻，此時(shí)，兩臺(tái)主變抽頭都位于220+2×1.5%檔位；兩個(gè)10 kV側(cè)母線負(fù)荷P1+jQ1與P2+jQ2均為42.5 MW+j17.0 Mvar；110 kV側(cè)母線負(fù)荷P3+ jQ3=350 MW+j85.0 Mvar；母線1、2當(dāng)前均只投入1組并聯(lián)電容器，即8 Mvar。此外，母線1接有一個(gè)容量為20 Mvar的STATCOM。

采用中國電力科學(xué)研究院研制的電力系統(tǒng)計(jì)算分析軟件包中國版BPA（bonneville power administration）作為本次研究的仿真和計(jì)算工具。阻抗模裕度指標(biāo)計(jì)算條件如下：

（1）電網(wǎng)研究水平為2013年夏大運(yùn)行方式，考慮系統(tǒng)同步功率擾動(dòng)情形，在典型日負(fù)荷曲線下進(jìn)行仿真計(jì)算。

（2）計(jì)及負(fù)荷靜態(tài)特性，采用ZIP負(fù)荷模型（30%恒阻抗，40%恒功率，30%恒電流）。

規(guī)則庫中電壓和無功合格范圍如下：

①220 kV高壓側(cè)母線電壓Vh合格范圍上下限：209 kV～231 kV，即0.95～1.05（以220 kV為基準(zhǔn)）；

②主變高壓側(cè)注入無功Qh合格范圍上下限：-150 Mvar～150 Mvar。

以10 kV低壓側(cè)母線電壓為考察對(duì)象，其合格范圍上下限：10.05～10.65 kV，即0.957～1.014（以10.5 kV為基準(zhǔn)）；死區(qū)上下限定義為（-0.018 75～0.018 75）。

3.2 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行仿真分析

在典型日負(fù)荷曲線下，仿真比較無控制、傳統(tǒng)手段調(diào)控、另在母線1安裝1臺(tái)容量為20 Mvar STATCOM 3種方案對(duì)變電站24 h內(nèi)（從0時(shí)刻算起）運(yùn)行情況的影響，并分別定義為方案A、方案B、方案C。

正常日負(fù)荷曲線下，系統(tǒng)運(yùn)行狀況并不會(huì)發(fā)生太劇烈的變化。狀態(tài)識(shí)別模塊通過仿真計(jì)算阻抗模裕度指標(biāo)，判斷系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，然后指示協(xié)調(diào)控制器按照文中所提的原則協(xié)調(diào)STATCOM、有載調(diào)壓變壓器和電容器組之間的配合。表2展示了B、C兩種方案，上午6時(shí)至中午12時(shí)內(nèi)有載調(diào)壓變壓器和電容器組動(dòng)作情況，以及方案C下典型時(shí)刻STATCOM無功出力、10 kV側(cè)母線1 μ值的變化情況。

表中“↗1”、“↘1”分別表示主變抽頭升高和降低一個(gè)檔位，“+1”、“+2”分別表示投入1組和2組電容器，“—”表示元件不動(dòng)作。由表2可見，安裝STATCOM后，從負(fù)荷低谷時(shí)刻（06：00）到負(fù)荷高峰時(shí)刻（10：00）的過程中，隨著負(fù)荷增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性變?nèi)?，STATCOM出力逐漸增加，μ值有一定減少。從高峰時(shí)刻再到低谷時(shí)刻（12∶00的過程中，STATCOM配合電容器組和有載調(diào)壓抽頭的動(dòng)作，逐漸釋放無功，保持充足的無功備用，μ值也因?yàn)樨?fù)荷減少、系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)有所增加。盡管阻抗模裕度指標(biāo)隨著負(fù)荷的增減有所變化，但在夏大運(yùn)行方式負(fù)荷整體水平較高的情況下，其值還是較小的，且變化并不明顯。此外，電容器組和有載調(diào)壓抽頭動(dòng)作次數(shù)也較傳統(tǒng)手段明顯減少。圖6給出了A、B、C 3種方案下10 kV側(cè)母線1日電壓變化曲線。

由圖見，穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)電壓會(huì)隨著負(fù)荷的變化有所波動(dòng)，B、C種方案都能夠維持其在合格范圍內(nèi)。傳統(tǒng)手段調(diào)控下電壓仍有一定程度波動(dòng)，安裝1臺(tái)STATCOM后，電壓波動(dòng)范圍較前者明顯減小，基本維持在額定值附近。

3.3 暫態(tài)仿真分析

為了更準(zhǔn)確地反映短路故障對(duì)系統(tǒng)的影響，選取一天中負(fù)荷水平較低的0點(diǎn)為故障發(fā)生時(shí)刻。仿真分析10 kV側(cè)母線1發(fā)生經(jīng)阻抗三相短路接地故障，0.1 s后又切除故障的系統(tǒng)運(yùn)行情況，接地電抗為0.1 p.u.（即約0.11 Ω）。

故障發(fā)生前后，系統(tǒng)狀態(tài)識(shí)別模塊計(jì)算求得故障中阻抗模裕度指標(biāo)如圖7所示。

表2 裝置動(dòng)作情況、STATCOM出力和阻抗模裕度Tab.2Device movement，STATCOM output and μ

圖6 10kV側(cè)母線1日電壓變化曲線Fig.610 kV Bus 1 day voltage change curve

圖7 10kV側(cè)母線1 μ值變化曲線Fig.7Change curve of μ of 10 kV Bus 1

母線1三相短路后，系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到嚴(yán)重破壞，μ值也因此迅速跌落。狀態(tài)識(shí)別模塊指示協(xié)調(diào)控制器直接對(duì)STATCOM發(fā)出暫態(tài)指令，輸出無功支撐，維持系統(tǒng)電壓，如圖8方案C所示。

圖8 10kV側(cè)母線1發(fā)生三相短路母線電壓變化曲線Fig.8Change curves of 10 kV bus 1 three-phase short-circuit voltage

由圖8可見，故障后，母線電壓驟降，嚴(yán)重低于正常值。一般情況下，變電站VQC系統(tǒng)每次檢測(cè)時(shí)間為3 s，檢測(cè)5次（15 s）后才動(dòng)作，故在暫態(tài)的較短時(shí)間內(nèi)是無法進(jìn)行調(diào)控的，造成故障切除后的母線電壓將低于合格范圍的下限。而在方案C的調(diào)控下，故障后母線電壓下降會(huì)緩慢一點(diǎn)，故障中電壓稍高一點(diǎn)，故障切除后母線電壓更快恢復(fù)，且電壓最終恢復(fù)值更接近故障前的電壓值。此外，得益于STATCOM針對(duì)于暫態(tài)故障的支撐作用，從圖7可見，故障后阻抗模裕度較故障前有所提高，系統(tǒng)穩(wěn)定性有所增強(qiáng)。此后，μ值保持不變，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)調(diào)控模式。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了基于系統(tǒng)不同運(yùn)行狀態(tài)的變電站內(nèi)STATCOM與傳統(tǒng)無功電壓控制裝置協(xié)調(diào)策略。設(shè)置一個(gè)死區(qū)模塊協(xié)調(diào)STATCOM與有載調(diào)壓變壓器運(yùn)行，STATCOM與電容器組按照“離散設(shè)備基礎(chǔ)支撐，連續(xù)設(shè)備精細(xì)調(diào)節(jié)”的原則進(jìn)行無功分配。該策略既能有效減少離散設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)，又能充分發(fā)揮STATCOM對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)的快速支撐作用，保持系統(tǒng)穩(wěn)定。選取南方電網(wǎng)某變電站進(jìn)行應(yīng)用仿真說明了協(xié)調(diào)控制的具體步驟，初步驗(yàn)證了這種思路的有效性。上述協(xié)調(diào)策略對(duì)STATCOM投入變電站內(nèi)實(shí)際應(yīng)用有一定指導(dǎo)意義。

[1]李邦峰，張勇軍，李勇，等（Li Bangfeng，Zhang Yongjun，Li Yong，et al）.受端系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償優(yōu)化建模方法綜述（A survey on modeling approach of optimized dynamic reactive power compensation in receiving systems）[J].電網(wǎng)技術(shù)（PowerSystemTechnology），2007，31（15）：21-25，38.

[2]Abdel-Rahman M H，Youssef F M H，Saber A A.New static var compensator control strategy and coordination with an under-load tap changer[J].IEEE Trans on Power Delivery，2006，21（3）：1630-1635.

[3]Son K M，Moon K S，Lee S K，et al.Coordination of an SVC with a ULTC reserving compensation margin for emergency control[J].IEEE Trans on Power Delivery，2000，15（4）：1193-1198.

[4]何瑞文，蔡澤祥（He Ruiwen，Cai Zexiang）.動(dòng)態(tài)相量法在電力系統(tǒng)暫態(tài)分析中的作用（Application of the dynamic phasors in power system transient analysis）[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2004，16（3）：66-68，82.

[5]董良英，房大中，林旭軍（Dong Liangying，F(xiàn)ang Dazhong，Lin Xujun）.含統(tǒng)一潮流控制器的電力系統(tǒng)新型潮流算法（A new technique for power flow calculation of power system with UPFC）[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2001，13（2）：8-10.

[6]王野平，武志剛，張堯（Wang Yeping，Wu Zhigang，Zhang Yao）.FACTS設(shè)備在粵港電力系統(tǒng)中的潮流控制作用研究（Study of facts devices on power flow control in the Guangdong-Hong Kong power grid）[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2002，14（4）：76-79.

[7]姜齊榮，謝小榮，陳建業(yè).電力系統(tǒng)并聯(lián)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)原理控制與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[8]王仲鴻，姜齊榮，沈東（Wang Zhonghong，Jiang Qirong，Shen Dong）.關(guān)于新型靜止無功發(fā)生器模型參數(shù)及暫態(tài)控制模型選擇的討論（Determination of the model and parameters of the static reactive compensator in controller designing）[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），1999，23（24）：43-45.

[9]劉方，顏偉，David C Yu（Liu Fang，Yan Wei，David C Yu）.基于遺傳算法和內(nèi)點(diǎn)法的無功優(yōu)化混合策略（A hybrid strategy based on GA and IPM for optimal reactive power flow）[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2005，25（15）：67-72.

[10]丁曉鶯，王錫凡，陳皓勇（Ding Xiaoying，Wang Xifan，Chen Haoyong）.一種求解最優(yōu)潮流的組合算法（A combined algorithm for optimal power flow）[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2002，22（12）：11-16.

[11]Kim Gwang Won，Lee Kwang Y.Coordination control of ULTC transformer and STATCOM based on an artificial neural network[J].IEEE Trans on Power Systems，2005，20（2）：580-586.

[12]Fujii T，Chisyaki H，Teramoto H，et al.Coordinated voltage control and continuous operation of the 80 MVA STATCOM under commercial operation[C]//Fourth Power Conversion Conference.Nagoya，Japan，2007：969-974.

[13]段文麗，白延麗，蔚飛（Duan Wenli，Bai Yanli，Wei Fei）.有載調(diào)壓變壓器、電容器組和STATCOM的協(xié)調(diào)控制研究（Coordination control of ULTC transformer，capacitor banks and STATCOM）[J].電網(wǎng)與清潔能源（Power Systems and Clean Energy），2012，28（1）：54-59.

[14]劉光曄，施海亮，楊以涵（Liu Guangye，Shi Hailiang，Yang Yihan）.非解析復(fù)變電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)分析方法（Comprehensive dynamic analysis method for power system static voltage stability）[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSEE），2013，33（10）：50-56.

[15]郭慶來，孫宏斌，張伯明，等（Guo Qinglai，Sun Hongbin， Zhang Boming，et al）.自動(dòng)電壓控制中連續(xù)變量與離散變量的協(xié)調(diào)方法（一）：變電站內(nèi)協(xié)調(diào)電壓控制（Coordination of continuous variables and discrete variables in automatic voltage control（Part one）：coordinated voltage con-trol for substations）[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2008，32（8）：39-42，107.

Coordination and Application Between STATCOM and Traditional Voltage Quality Control Means

ZHANG Yong，LUO Diansheng，F(xiàn)AN Xing，LI Shuaihu
（College of Electrical and Information Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China）

The application effects of static synchronous compensator（STATCOM）in reactive voltage control depends on its coordination with traditional voltage reactive control means.This paper shows that the impedance modulus margin index is the most intuitive index measure of system voltage stability and uses its change to reflect the system running state.From the point of giving full play to the transient characteristic of STATCOM，a coordinated control strategy of STATCOM and traditional voltage reactive control means is proposed based on the different running condition of the system.And the different coordination principle of STATCOM with on-load voltage regulating transformer and capacitor banks is given，when the system is running in steady state or transient.The examples show that this method is feasible and effective.

static synchronous compensator（STATCOM）；impedance modulus margin；operating state；coordinated control

TM714

A

1003-8930（2015）12-0012-06

10.3969/j.issn.1003-8930.2015.12.03

張勇（1989—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定

與控制。Email：13647439218@163.com

羅滇生（1971—），男，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)理論

研究及應(yīng)用、電力系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)。Email：lhx20070322@hnu. edu.cn

范幸（1991—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定

與控制。Email：fx910427@163.com

2014-04-21；

2014-11-26

國家自然科學(xué)基金資助重點(diǎn)項(xiàng)目（61233008）；廣東電網(wǎng)專題研究項(xiàng)目（036000QQ00120001）