使用SVC和PSS改善暂态稳定性

引言

本节描述的示例展示了一个包含两个水力发电厂的简单输电系统建模。使用静止无功补偿器（SVC）和电力系统稳定器（PSS）来改善系统的暂态稳定性和功率振荡阻尼。本例中展示的电力系统相当简单。然而，相量仿真方法允许您仿真更复杂的电网。

如果您不熟悉SVC和PSS，请参阅以下模块的参考页面：静止无功补偿器（相量型）、通用电力系统稳定器和多频段电力系统稳定器。

输电系统描述

下图所示的单线图表示一个简单的500 kV输电系统。

500 kV输电系统

一个1000 MW的水力发电厂（M1）通过一条长500 kV、700 km的输电线路连接到负荷中心。负荷中心由一个5000 MW的阻性负荷建模。该负荷由远程的1000 MVA电厂和本地的5000 MVA发电（电厂M2）供电。

已对该系统进行了潮流计算，设定电厂M1发电950 MW，因此电厂M2发电4046 MW。线路输送944 MW，接近其自然功率（SIL = 977 MW）。为了在故障后维持系统稳定性，输电线路在其中点通过一个200 Mvar的静止无功补偿器（SVC）进行并联补偿。该SVC没有配备功率振荡阻尼（POD）单元。两台机组配备了水轮机和调速器（HTG）、励磁系统和电力系统稳定器（PSS）。

该系统可在power_svc_pss模型中找到。加载此模型并将其另存为case1到您的工作目录中，以便对原始系统进行进一步修改。

首先，查看两个“Turbine and Regulators”子系统内部，了解HTG和励磁系统的实现方式。可以在励磁系统上连接两种类型的稳定器：一种是使用加速功率（Pa = 机械功率Pm与输出电功率Peo之差）的通用模型，另一种是使用转速偏差（dw）的多频段稳定器。这两种稳定器是Simscape > Electrical > Specialized Power Systems > Electrical Machines库中的标准模型。被蓝色区域包围的手动开关模块允许您为两台机组选择使用的稳定器类型或将PSS退出运行。

打开SVC模块，并在“Power data”参数中检查SVC额定容量为+/- 200 Mvar。在“Control parameters”中，您可以选择“Voltage regulation”或“Var control (Fixed susceptance Bref)”模式。最初，SVC设置为电纳控制模式，Bref=0，这相当于SVC退出运行。

一个故障断路器模块连接到母线B1。您将使用它在500 kV系统上设置不同类型的故障，并观察PSS和SVC对系统稳定性的影响。

为了在稳态下启动仿真，机组和调节器已通过Powergui模块的“Machine Initialization”实用程序预先初始化。潮流计算时，将机组M1定义为PV发电母线（V=13800 V，P=950 MW），机组M2定义为平衡母线（V=13800 V，0度）。潮流求解后，两台机组的参考机械功率和参考电压已在连接到HTG和励磁系统输入端的两个常量模块中自动更新：Pref1=0.95 pu（950 MW），Vref1=1.0 pu；Pref2=0.8091 pu（4046 MW），Vref2=1.0 pu。

单相故障 — PSS的影响 — 无SVC

验证PSS（通用Pa型）已投入运行，并且在故障断路器模块中设置了一个6周波的单相故障（选中A相，故障在t=0.1 s时施加，在t=0.2 s时清除）。

启动仿真并观察“Machines”示波器上的信号。对于此类故障，系统在没有SVC的情况下是稳定的。故障清除后，0.6 Hz的振荡被快速阻尼。这种振荡模式是大型电力系统中区域间振荡的典型模式。“Machines”示波器的第一个轨迹显示了两台机组之间的转子角差d_theta1_2。当该角度达到90度时，功率传输最大。该信号是系统稳定性的良好指示。如果d_theta1_2超过90度的时间过长，机组将失去同步，系统变得不稳定。第二个轨迹显示了机组转速。注意，故障期间机组1的转速增加，因为在此期间其电功率低于机械功率。通过长时间（50秒）仿真，您还会注意到故障清除后，机组转速以低频（0.025 Hz）一起振荡。两个PSS（Pa型）成功地阻尼了0.6 Hz模式，但对于阻尼0.025 Hz模式效果不佳。如果您选择多频段PSS，您会注意到这种稳定器类型成功地阻尼了0.6 Hz模式和0.025 Hz模式。

您现在将在两台PSS退出运行的情况下重复测试。重新启动仿真。注意，没有PSS时系统不稳定。您可以通过双击右侧标记为“Show impact of PSS for 1-phase fault”的蓝色模块来比较有PSS和无PSS的结果。显示的波形如下所示。

单相故障下PSS的影响

注意

此系统在没有PSS的情况下自然不稳定。如果您移除故障（通过在故障中断路器中取消选择A相），您将看到不稳定性在大约1 Hz的频率下在几秒钟后缓慢建立。

三相故障 — SVC的影响 — PSS投入运行

您现在将施加一个三相故障，并观察SVC在严重事故期间对稳定电网的影响。

首先将两个PSS（通用Pa型）投入运行。重新设置故障断路器模块以施加三相接地故障。验证SVC处于固定电纳模式，Bref = 0。启动仿真。通过观察d_theta1_2信号，您应该会注意到两台机组在故障清除后很快失去同步。为了避免不必要的仿真，当角度差达到3*360度时，使用Simulink® Stop模块停止仿真。

现在打开SVC模块菜单，将SVC运行模式更改为“Voltage regulation”。当电压低于参考电压（1.009 pu）时，SVC现在将通过向线路注入无功功率来尝试支撑电压。所选的SVC参考电压对应于SVC退出运行时的母线电压。因此，在稳态下，SVC将处于浮空状态，并在电压偏离其参考设定点时等待电压补偿。

重新启动仿真，并观察系统现在在三相故障下是稳定的。您可以通过双击标记为“Show impact of SVC for 3-phase fault”的蓝色模块来比较有SVC和无SVC的结果。显示的波形如下所示。

三相故障下SVC的影响

ault”的蓝色模块来比较有SVC和无SVC的结果。显示的波形如下所示。

三相故障下SVC的影响