利用故障限流器提高电力系统稳定性的控制策略

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第34卷第l4期继电器Vo1．34No．14282006年7月16日RELAYJu1．16，2006利用故障限流器提高电力系统稳定性的控制策略曾琦，李兴源，温海康(1．四川大学电气信息学院，四川成都610065；2．成都阿尔卡特通信系统有限公司，四川成都610041)摘要：电力系统规模的扩大使短路容量增加成为电网发展中的一个日益显著且急待解决的问题，在馈线及母线连接处安装故障限流器是解决这一问题的有效方法，不仅如此，作者认为故障限流器还可以进一步用于系统稳定性的提高。该文利用故障限流器具有可控串联补偿的特点，采用部分输出量反馈最

2、优控制方法设计了一定的控制规律以改善系统性能。通过对单机无穷大系统的Mauab仿真．证明了该控制方案能有效地减小发电机功角振荡，提高系统的暂态稳定性。关键词：故障限流器；最优控制；稳定^中图分类号：TM712文献标识码：A文章编号：1003-4897(2006)14-0028-04由于容抗大于串联电感的感抗，电容c对线路起0引言串联补偿作用；故障时，固态开关导通，两个GTO轮电力需求的日益增加，使电力系统的规模逐步流导通半周，旁路电感L。接入，对L。、c选择适当的扩大。同时，随着需求方对供电质量要求的提高，大参数，使感抗大于容抗，并联后可以得到较大的电规模电力系统的稳定性和可

3、靠性都需要进一步改抗，与串联后共同限流。善。而另一方面，系统规模的扩大将引起短路容量由于新型FCL具有可控串联补偿电容器的功增加，这时，如果断路器不能及时有效地切断大的能，其电抗可以在一定范围内快速而连续地变化，因短路电流，那么，短路电流将有可能对电力设备造成此，它不但可以用来补偿线路电抗，提高传输能力，不良影响⋯。因此，研究新的限流方案或限流设备还可用于抑制振荡以改善系统的稳定性。目前，利已成为迫切的课题。固态电流限制器采用固态开关用可控串联补偿提高系统的稳定性已受到了人们的快速限制短路电流，具有动作速度快、允许动作次数普遍关注，并已有该方面的诸多文章，如文[4]介绍多、控

4、制简便、成本低、体积小等优点，因此在系统中了应用变结构控制理论设计可控串联补偿控制器以有较高的实用价值j。本文研究了一种带串联补提高系统的暂态稳定性，文[5]研究了应用邦邦控偿的故障限流器，既具有串联补偿的功能，又能根据制规律抑制输电系统低频振荡的方法，文[6]通过短路的实际情况改变限流程度¨J，因而具有较大的能量函数法设计的控制策略有效改善了系统的稳定灵活性和实用性。性。采用变结构控制所得的控制规律的实现一般较困难，而邦邦控制似乎没有充分利用串联补偿电容器可连续调节的特性。本文为了充分发挥新型FCL的可控串联补偿功能，在输电系统中采用FCL保护时，根据部分输出量反馈最优控制

5、理论设计了一定的控制器，不但能够限制故障电流，还可以提高系统的稳定性。图1FCL的拓扑结构Fig．1TopologicalconfigurationofFCL1利用部分输出量反馈最优控制理论设计控制规律带串联补偿FCL的拓扑结构如图1所示。正常时，固态开关GTO截止，负荷电流从电容c流过，全状态量反馈最优控制下各个控制器的反馈量必须取全系统的所有状态量或输出量，而实际上并基金项目：国家重点基础研究专项经费项目不是任何情况下全部状态变量都是能够测量或者都(2004CB217907)；国家自然科学基金项目(50595412)；国家是易于测量的，因此，要取全系统的所有状态量在复自然

6、科学基金项目(50177020)杂电力系统中是不容易实现的。解决这种问题的方维普资讯http://www.cqvip.com曾琦，等利用故障限流器提高电力系统稳定性的控制策略29法之一就是采用部分输出反馈构成的控制系统，称方程式(11)～(13)被称为雷文一欧萨斯方程为部分输出量反馈最优控制。组。联立求解这一方程组，即可求得K，P和A，进设线性定常系统而得到所求的控制规律。=AX(f)+Bu(f)(O)=Xo(1)2带串联补偿故障限流器的部分输出量反J，(f)=cx(f)(2)馈最优控制器设计完全能控、能观测，采用如下二次型性能指标泛涵：所研究的系统接线情况如图2所示。-，=

7、÷二J[XTQX+UTRU]dt(3)其中：为n维状态向量，U为r维控制向量，Y为m维输出向量；Q与足分别为对称的非负定和正定常图2输电系统示意图数阵。Fig．2Schematicdiagramoftransmissionsystem令控制向量U(t)是输出向量Y(t)的线性函数，即发电机采用暂态电抗后电势E恒定、机械U(t)=一Ky(t)=一KCX(t)(4)功率保持不变的经典模型。发电机的状态方程为：进而可得闭环系统的状态方程为艿=(一1)(14)(t)=[A—BKC]X(t)=74x(t)(5)=