动态相量理论在柔性交流输电系统仿真中的应用研究

摘要

进入21世纪以来,由于大型电力系统的互联具有诸多优势,已经成为现代电力系统发展的重要方向之一,但电网互联也使得现代电力系统规模日益庞大,其结构和运行方式变得越来越复杂。与此同时,柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System,FACTS)取得了长足的发展,大大提高电力系统的可控性、灵活性和可靠性,但随之而来的是各种电力电子装置在电力系统中的大量应用,使得电力系统中同时包含了连续事件和离散事件,系统的分析更加复杂化。传统的准稳态模型难以反映快速变化的电磁暂态过程,而电磁暂态模型虽然能准确反映电磁暂态过程,但计算速度太慢难以完成大型电力系统的仿真。这些新的特点对电力系统的建模和仿真提出了更高的要求。
　　 静止同步无功补偿器(STATCOM)作为FACTS家族中一种重要的补偿装置,具有响应速度快、传输容量大、控制性能好的优点,代表了无功补偿技术发展的新方向。本文选择对其进行研究具有一定的理论和实践意义。
　　 动态相量理论于1991年提出,是一种源于平均方法理论的新方法,该理论突破了传统电力系统模型正弦准稳态的假定,在电力系统建模仿真研究中取得了很大发展。
　　 论文主要从STATCOM的时域模型和动态相量模型这两个方面展开研究:
　　 首先,总结概述了无功补偿技术和含FACTS装置的电力系统建模与仿真技术的发展。在介绍STATCOM工作原理的基础上,提出了主电路优化措施,研究了间接电流控制策略,建立和分析了其时域数学模型。本文在MATLAB／Simulink平台下实现了STATCOM时域模型在变工况条件下的系统仿真,并验证了所提方案的可行性和有效性。
　　 其次,将动态相量法与传统相量法进行了对比研究。动态相量模型是埘时域微分方程进行了平均运算,因此具有大信号、时不变的特性。在稳态时,动态相量模型就蜕变为电路理论中的相量模型,体现了电力系统的物理本质。以Buck-boost变换器为例,从时域模型出发详细推导了其对应的动态相量模型,对两种模型的仿真波形及仿真计算耗时进行了对比,突出阐述了动态相量法的优点,为采用动态相量法研究STATCOM奠定了基础。
　　 最后,运用动态相量法,以STATCOM时域模型为基础推导出了其对应的动态相量模型,同时对电源、传输线和负荷等相关电力系统元件进行了动态相量模型的推导和建模。将动态相量模型仿真结果与时域模型仿真结果进行了对比,结果表明,采用动态相量法对STATCOM进行建模仿真具有仿真精度高、运算速度快的优点。