用特征根灵敏度分析进行静态无功补偿器的设计钟志勇　王克文　谢志棠摘　要　用特征根灵敏度分析方法进行静态无功补偿器(SVC)的设计。在设计过程中，借助于联合灵敏度系数来同时计及区域模式及SVC自身模式，从而在为区域模式提供最大阻尼的同时，保证SVC模式有9.5dB的安全裕度。当对所有参数的联合灵敏度接近于0时，SVC的设置达到最优。
关键词　小干扰稳定　静态无功补偿　灵敏度分析
分类号　TM761STATICVARCOMPENSATORDESIGNBASEDONEIGENVALUESENSITIVITYANALYSISC.Y.Chung,K.W.Wang,C.T.Tse
(TheHongKongPolytechnicUniversity,HongKong,China)Abstract　ThispaperpresentsanewapproachbasedoneigenvaluesensitivityanalysisforstaticVARcompensator(SVC)design.SincetheSVCinstabilityisdetectedduringthedesignprocess,thedesign(structureandsetting)isachievedthroughthecombinedsensitivitycoefficient(CSC)whichcanautomaticallytakeintoaccountthedampingofboththeinter-areaandSVCmodes.ThesettingissaidtobeoptimalwhentheCSCswithrespecttoalldampingcontrollerparametersapproachzero.
Keywords　small-signalstability；staticVARcompensator；modalandsensitivityanalyses0　引言
　　网络互联引起的区域间的低频振荡早在30年前就已出现^［1］。1977年在香港首次观察到此类振荡^［2］，当时的解决方法是降低主要发电机组的励磁响应。自1984年香港与华南电网互联后，在联络线额定传输功率120MW的情况下，又曾先后出现过几次振荡(幅值为±90MW，持续时间长达50s)^［3］。此类联络线振荡现象严重影响着互联系统的安全运行。尽管电力系统稳定器(PSS)的使用可以增强发电机间机电振荡的阻尼，却不利于发电机的电压调节，并可能由于励磁模式的弱阻尼而产生新的振荡^［4］。因此，希望采取其它一些方法，既能改善系统阻尼，又不恶化系统的性能。
　　电力电子技术的迅速发展，使得经济而有效的可控硅串、并联补偿装置得以应用^［5］。静态无功补偿器(SVC)作为普通的并联补偿装置，于1977年首次应用于115kV的电网^［6］。最初的SVC只是用于控制电压，尽管它可以提供同步转矩，但提供的阻尼转矩甚小^［5］，为了加大阻尼转矩，需在SVC上附加另外的控制器。但随着附加控制器增益的增大，可能出现新的不稳定模式，称为SVC模式^［7］，正如PSS设计中所考虑的“局部模式”一样。因此，在进行控制器参数设置时应为该SVC模式留下一定的安全裕度(如文献［8］中的9.5dB)。
　　在本文介绍的SVC设计方法中，采用特征根灵敏度法来对控制器参数进行调整，同时通过联合灵敏度系数来兼顾SVC模式的不稳定影响。最终设计的SVC既可保证主区域模式阻尼最大，也为SVC的局部模式留下9.5dB的安全裕度。
1　SVC选址及阻尼信号选取
　　对图1所示的两区域7机系统^［9］，原则上有6个机电振荡模式^［10］，如表1所示。其中，第1个模式不稳定，且为区域之间通过联络线的振荡模式。当使用SVC来增强系统的振荡阻尼时，联络线信息应是理想的控制输入信号。图1　7机互联系统
Fig.1　Interconnectedseven-machinesystem表1　7机系统的6个机电模式(λ=α±jω)
Table1　Electromechanicalmodes(λ=α±jω)

序号模式αω稳定性1区域模式 0.043.42不稳定2B4B1 B2 B3-0.415.77稳定3B2B1 B3-0.496.23稳定4B3B1 B2 B4-0.516.82稳定5A3A1 A2 B1-1.287.64稳定6A1A2-0.568.01稳定
　　以I_SVC，V_SVC为输入，B_L为输出的SVC模型已在文献［9］中予以描述，V_SVC，I_SVC及B_L分别为SVC所在的母线电压、流入SVC的电流及SVC的等值电纳。为增加系统阻尼，需要如图2中所示的附加阻尼控制器H(p)。尽管此时尚未确定阻尼信号，仍可借助开环系统的留数指标对SVC进行选址及控制信号选取^［11］。图2　控制器与开环电力系统的连接
Fig.2　Theconnectionbetweenthecontroller
andtheopen-looppowersystem　　当用联络线信息作阻尼信号时，图1中仅有6个点可供选择，即4，12，13，14及两个中间点m₁，m₂。分析、比较对应于这6个点的留数指标后得出，SVC的最佳安装位置为节点12，且以联络线电流ITL为控制信号。对应于节点12的联络线电流、有功功率、无功功率、视在功率的留数指标示于表2。表2　对应于节点12的留数指标
Table2　Residueindicesforbus12阻尼信号ITLPTLQTLSTL留数指标1.1961.0290.4971.055
2　阻尼控制器参数设计
　　在表1所示的该系统原有特征根中，模式1不稳定。当在节点12配以SVC后，这6个特征根及新增的SVC模式随SVC控制增益的变化参见表3。从表3中可见：新增的SVC模式非常稳定；模式2至模式6几乎未变；模式1有所改善。表3　各机电模式随SVC增益G_d的变化
Table3　Variationofdifferentmodes
withrespecttoSVCcontrollergainG_d模式G_d=0G_d=G_oG_d=2G_oG_d=3G_oαωαωαωαω1-0.093.84-0.193.91-0.283.97-0.364.042-0.415.82-0.415.83-0.485.86-0.505.893-0.486.30-0.586.30-0.716.31-0.876.264-0.516.83-0.536.82-0.546.80-0.536.785-1.097.69-1.047.68-0.987.69-0.937.716-0.528.14-0.538.16-0.558.19-0.578.22SVC-1.3218.61-0.8818.63-0.4418.67 0.0118.72G_o=0.073
2.1　阻尼控制器的表达
　　以ΔITL为输入，带有一阶延时环节的阻尼控制器的传输函数如式(1)所示，而电压ΔVref的设置则如图2中所示。[1][2][3]下一页

来源：中国电力资料网