在N-1条件下提高静态安全裕度的Facts设备补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统技术领域，特别涉及利用Facts设备提高电力系统在N-I条 件下的裕度指标，从而提高电力系统的稳定性。
【背景技术】
[0002] 随电上世纪八十年代中期，美国电力科学研究院（EPRI)N. G. Hingorani博士首次 提出柔性交流输电（FACTS)概念：应用大功率、高性能的电力电子元件制成可控的有功或 无功电源以及电网的一次设备等，以实现对输电系统的电压、阻抗、相位角、功率、潮流等的 灵活控制，将原基本不可控的电网变得可以全面控制，从而大大提高电力系统的灵活性和 稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提高。
[0003] Facts技术，也即技术系统应用技术及其控制器技术，用在Facts技术领域的设备 叫做Facts设备。已被国内外一些权威的电力工作者确定为"未来输电系统新时代的三项 支持技术之一"。这三项支持技术指的是：柔性输电技术、先进的控制中心技术和综合自动 化技术（Facts是指柔性输电技术，柔性交流输电技术是综合电力电子技术、微处理和微电 子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术，它能够增强 交流电网的稳定性并降低电力传输的成本。该技术通过为电网提供感应或无功功率从而提 高输电质量和效率。
[0004] 柔性交流输电技术能够增强交流电网的稳定性并降低电力传输的成本。该技术通 过为电网提供感应或无功功率从而提高输电质量和效率。作为世界领先的供应商，西门子 的多种柔性交流输电技术已经在全球的多个项目中成功应用。
[0005] 柔性交流输电技术中比较常用的Facts设备包括SVC和TCSC :
[0006] 静止无功补偿器（SVC)是一种采用与输电网络并联以实现动态的感应或无功功 率补偿。其主要作用是控制输电线路和系统结点上的电压质量和无功功率。
[0007] 可控硅控串联电容补偿器（TCSC)，是可控串联补偿技术的实现方案之一，也是最 为成熟和使用最广的可控串联补偿实现方案。
[0008] 采用串联电容器补偿的输电线路具有以下效果：
[0009] (1)提尚串联补偿输电线路的输送能力；
[0010] (2)由于输送功率提高而导致的串联补偿线路上的额外功率损耗；
[0011] (3)系统中其他线路故障时，串联补偿输电线路的潮流响应能力得到了提高。
[0012] 近年来，随着电网的不断壮大，对电网稳定性及设备可靠性的要求越来越高，电网 稳定导则和有关电网规划建设的技术导则对电网安全运行的N-I准则均提出了不同要求。 所谓N-I条件下的电力系统就是在系统中任意线路发生故障时的情况（本发明泛指任意一 条线路断线故障的情况），对电力系统N-I状态的深入研究可以提高电力系统的安全稳定 性。然而，由于规划、设计、运行及经营等不同部门、相关技术人员对这一准则的理解和认识 不同，供电可靠性与电价未形成有效的利益互动关系，造成电网规划建设、生产运行中不可 避免地产生先天性安全隐患，对电网的长远发展也造成了不利影响。按照电网稳定导则有 关定义，N-I准则是指正常运行方式下电力系统中任意一元件（如线路、发电机、变压器等） 无故障或因故障断开后，电力系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压 和频率均在允许范围内。
[0013] N-I准则用于单一元件无故障断开条件下电力系统静态安全分析，或单一元件故 障断开后的电力系统稳定性分析即动态安全分析。当发电厂仅有一回送出线路时，送出线 路故障可能导致失去一台以上发电机组，此种情况也按N-I原则考虑。由此可见，N-I准则 包含两层含义：一是保证电网的稳定；二是保证用户得到符合质量要求的连续供电。从目 前情况看，保证电网的稳定由于涉及整个电网安全，无论在资金投入、运行方式还是技术措 施上均得到足够的重视，但在保证用户特别是边远地区用户连续供电方面仍存在认识上的 不足，造成局部电网生产运行长期处于被动局面。
[0014] 现有技术提高电力系统的裕度主要从两个方面研究，从单加 SVC和TCSC提高电力 系统裕度，从在原网络提高电力系统裕度，并没有解决加入多个Facts设备之间的协调规 划裕度问题，也并没有考虑在N-I状态下的Facts设备选址和定容问题。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提供一种在N-I条件下提高静态 安全裕度的Facts设备补偿方法，本方法能够给出较为合理的在N-I条件下的Facts的投 入位置及容量，且计算方法简单，便于实际系统的应用。
[0016] 本发明提出的一种在N-I条件下提高电力系统静态安全裕度的Facts设备补偿方 法，其特征在于，该方法利用电力系统在N-I情况下裕度的选取和比较，对最差情况下节点 的判断，得到用于补偿的Facts设备中SVC和TCSC的选址和定容，达到提高电力系统静态 安全裕度的目的；
[0017] 设电力系统的有功和无功关于相角和电压的关系如式（1):
[0018]
[0019] 式中：对于确定网络，Δ P为各节点注入有功功率的变化量；△ Q为节点注入无功 功率的变化量向量；△ Θ为节点电压相角的变化量向量；△ V为节点电压幅值的变化量向 量，1到J 4是雅克比矩阵的四个部分，按照P的行数划分，发电机，变压器，线路的阻抗参数 通过电网监测部门得到，且认为电压幅值和无功强耦合而与有功弱耦合，
[0020] 令P = 0,则：AV = Jr1AQ ⑵
[0021] 其中 Jr= J I-JJ11J2
[0022] 式中：JR为简化的雅克比矩阵，称为系统的降阶雅克比矩阵；由矩阵分解理论，任 意矩阵都可以分解为式（3)形式，J r分解为：
[0023] Jr= = ξΛ η (3)
[0024] 式中：ξ为Jr矩阵的左特征矩阵；η为J 右特征矩阵；Λ为J R的特征值对角 矩阵；
[0025] 该方法具体包括以下步骤：
[0026] 步骤1)选取节点负荷为该节点的裕度指标IRUWi，如式⑷：
[0027] ^ma =~-?λ--^~-· ?4^
[0028] 式中，Ρ。，？"分别为本网络节点在当前状态和临界状态下的有功负荷；
[0029] 对于稳定运行的电网下选取节点中最小裕度指标为全网的裕度指标如式（5):
[0030] In= min{I _}，其中（k = 1，2,3 · · · η ;) (5)
[0031] 步骤2)对各个N-I情况下裕度指标进行计算：
[0032] 在N-I情况下，定义N-I情况下全网的裕度指标如式（6):
[0033] I。= min{I J ;其中（η = 1，2,3 · · · Ν-1) (6)
[0034] 对各个情况各个节点的裕度进行计算，得到N-I条件下各裕度指标，并找出最差 情况和最差节点；
[0035] 步骤3)选址：
[0036] 计算最差情况下的各个节点的参与因子Pkl如式（7):
[0037] Pkl= Ckl n kl (7)
[0038] 式中；ξ kl，n kl分别为简化雅克比矩阵的左右特征矩阵；
[0039] 根据计算出的电力系统中各个节点的参与因子的大小，比较出电力系统中参与因 子最大的节点，将SVC放在该节点的位置；
[0040] 计算所在情况下的各个支路的参与因子如式（8)所示：
[0041] Qlj= AQljMQniax ⑶
[0042] 式中的I端就是节点编号小的节点端，J端就是节点编号大的节点端，表示支路 A Qlj的无功损耗，AQniax表示所有支路中无功损耗的最大值；
[0043] 根据计算出的系统中各个支路的参与因子的大小，比较出系统中参与因子最大的 节点，将TCSC放在该节点的位置；
[0044] 步骤4)定容：
[0045] 选取最差节点节点的裕度指标作为非线性规划模型的目标函数如式（9):
[0046]
[0047] 式中i表示最差节点，P1 (B，X)，P。指的是最差负荷节点的裕度值和节点有功的初 值；