FACTS元件下的发输电系统可靠性讨论

【摘要】本文首先从美国东部大停电引出电力系统可靠性的重要性，然后介绍了发输电系统的评估方法和可靠性评估指标，并考虑FACTS元件对发输电系统可靠性的影响,通过研究计及FACTS元件的交流潮流算法以及求解以FACTS参数作为控制变量的最优负荷削减问题。

【关键词】可靠性；FACTS；交流潮流算法

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

0引言

随着FACTS技术的不断发展和实际工程的日益增多，FACTS元件的可靠性指标也已经成为影响整个柔性输电系统可靠性的主要因素。FACTS主要是将电力电子技术、计算机技术和现代控制技术应用于电力系统，以提高系统的可靠性、可控性，改善电力系统的运行性能和电能质量。因此，在工程实际过程中，对FACTS元件的可靠性提出了很高的要求，而其可靠性的改善将会对整个电力系统的安全、可靠和经济运行带来巨大的效益。

1系统的可靠性指标简介

系统的可靠性指标可分为确定性指标和概率性指标两类，由于本文将使用概率性指标对计及FACTS的电力系统进行可靠性评估研究，以下着重介绍3种概率性指标：

电力系统的可靠性指标可用一个统一的公式表达如下：

(1)

下面列出3种最基本的可靠性指标计算公式，其它的可靠性指标计算公式可由这3种基本可靠性指标导出。

1）失负荷概率LOLP(Loss-of-Load Probability)：

表示由于系统元件容量不足导致失负荷的可能性的大小，其表达式为

(2)

2）失负荷频率LOLF（Loss-Of-Load Frequency）：

表示平均每年停电次数，单位为次/年，其表达式为

(3)

3）电力不足期望EDNS（Expected Demand Not Supplied）：表示平均每年缺电力的多少，单位为兆瓦/年，其表达式为

(4)

2 计及FACTS元件后系统可靠性评估

灵活交流输电(FACTS)技术的利用能够对电力系统可靠性产生重要影响。灵活交流输电系统的出现,使得除了发电机组的重新调度和网络拓扑改变外,提供了进行潮流控制的一种新手段,为现有输电系统容量得到充分利用提供了新的机会.FACTS技术的特点在于通过改变高压输电网的参数实现线路潮流和无功电压控制. 本文主要介绍两种：晶闸管控制的TCSC、晶闸管控制的TCPST。

发输电系统的可靠性评估包括三个方面：系统状态选取；系统状态的潮流计算和最优负荷削减；可靠性指标的累计。

其中最优负荷削减是最重要最复杂的部分，在大多数文献中，采用的是基于直流潮流的线性规划模型，该模型计算时间较短，但完全排除了电压无功的影响，并且很难精确地将FACTS元件纳入模型。

本文采用基于交流潮流的最优负荷削减模型，控制变量包括发电机母线的有功和无功出力调整、负荷母线上的有功和无功负荷削减、移相器的角度调整、静止无功补偿器的无功出力调整。

此最优负荷削减模型如下所示：

优化目标：min LC

(5)

3 算例分析

作者用Matlab7编写了基于时序Monte-Carlo仿真的发输电系统可靠性评估程序,并对RBTS系统 (6节点)进行了计算.

对其进行可靠性评估时系统运行历史的模拟仿真时间为300年,计算结果见表1,

表一 RBTS的系统年度化指标

LOLP、LOLF和EENS分别表示失负荷概率、失负荷频率和电量不足期望。

由表可见，RBTS系统的可靠性较差,部分年份的EENS指标超过了6000MW•h/a. RBTS可靠性测试系统对节点电压质量要求比较严格，其范围为0.97~1.05，系统故障时往往导致节点电压发生变化，特别是远离发电机的负荷节点常常因为无功不足导致电压过度降低而超出电压下限，考虑到节点4位于系统的中枢点位置,因此可在节点4上安装SVC进行无功补偿,这对于故障情况下提高节点4的电压，从而将远方负荷节点5、 6保持在允许电压范围可以起到重要作用。另外为了缓解故障时的输电阻塞，可在线路3安装TCPST，在线路6安装TCSC。

表2 增强型RBTS系统的系统年度化指标

比较表1、表2可见，增强型系统的可靠性大大高于原始系统，这种改善主要体现在对输电网络的增强上，由此使得输电系统故障和组合故障时的LOLP、LOLF、EENS和系统分等指标都大幅度减小，特别是输电系统故障和发输电组合故障时的各项可靠性指标都有显著改善，这说明FACTS元件对于提高输电系统的输电能力起到了重要作用。

4 总结

静止无功补偿器和移相器作为重要的FACTS元件，对系统可靠性有重大影响，本文从提高系统可靠性的角度，通过对原始系统的可靠性评估，并充分利用最优负荷削减中不等式约束的拉格朗日乘子的物理意义，提出静止无功补偿器和移相器的最优配置方式，通过对原始系统和增强型系统的分析比较，充分显示出静止无功补偿器和移相器对改善系统可靠性的作用

作者简介：

遇柄旭（1985-）男，汉族，吉林白山人，在读工程硕士，助理工程师。主要研究方向:电力系统分析、运行与控制