Automatic adjustment of reactive power by facts devices under conditions of voltage instability in the electric network

Abstract

У цій статті описано проблему автоматичного регулювання реактивної потужності за допомогою електронних пристроїв FACTS (Flexible AC Transmission Systems — гнучкі системи передачі змінного струму): статичного синхронного компенсатора (STATCOM) та уніфікованого регулятора потоків потужності (UPFC). За допомогою комплексної форми запису визначено напруги у вузлах встановлення пристрою FACTS та навантажень, струми навантажень, джерел живлення й електронних компенсаторів у разі нестабільності напруги у вузлі навантаження електричної мережі. Напруги й струми визначено методом вузлових напруг. Завданням STATCOM є часткова або повна компенсація реактивної потужності. Під час зниження напруги у вузлі навантаження реактивна потужність, що генерується джерелом живлення, зменшується. STATCOM має якнайшвидше частково або повністю компенсувати небаланс реактивної потужності. Проте при цьому неможливо повністю компенсувати зниження напруги. Для розв’язання цієї проблеми можна використовувати послідовно-паралельний або паралельно-послідовний UPFC. У результаті використання UPFC можна автоматично підвищити рівень напруги до допустимих значень за допомогою послідовного компенсатора UPFC. Аналіз показує, що паралельно-послідовний UPFC характеризується стійкістю роботи. У разі використання послідовно-паралельного UPFC існують обмеження на можливість регулювання уявної складової напруги послідовного компенсатора, оскільки змінюється кут вектора напруги, що спричиняє збій у роботі регулятора паралельного компенсатора UPFC.

This article describes the problem of automatic regulation of reactive power using electronic devices FACTS (Flexible AC Transmission Systems): static synchronous compensator (STATCOM) and unified power flow controller (UPFC). With the help of a complex writing form, the following are determined: voltages at the installation nodes of the FACTS device and loads, currents of loads, power sources and electronic compensators in case of voltage instability at the load node of the electrical network. Voltages and currents are determined using the node-voltage method. The task of STATCOM is partial or full compensation of reactive power. During the reduction of the voltage at the load node, the reactive power generated by the power source decreases. The STATCOM should partially or fully compensate for the reactive power imbalance as quickly as possible. However, at the same time, it is not possible to fully compensate for the voltage reduction. A series-parallel or parallel-series UPFC can be used to solve this problem. As a result of using the UPFC, it is possible to automatically raise the voltage level to acceptable values with the help of the UPFC series compensator. The analysis shows that the parallel-serial UPFC is characterized by the stability of operation. In the case of using a series-parallel UPFC, there are restrictions on the ability to adjust the imaginary voltage component of the series compensator, since the angle of the voltage vector changes, which causes a failure in the operation of the regulator of the parallel compensator UPFC.

W artykule opisano problematykę automatycznej regulacji mocy biernej za pomocą urządzeń elektronicznych FACTS (Flexible AC Transmission Systems): statycznego kompensatora synchronicznego (STATCOM) oraz regulatora przepływu mocy (UPFC). Za pomocą złożonego formularza rejestracyjnego określane są: napięcia w węzłach instalacji urządzenia FACTS i obciążenia, prądy obciążenia, źródeł zasilania i kompensatorów elektronicznych w przypadku niestabilności napięcia w węźle obciążenia sieci elektrycznej. Napięcia i prądy są wyznaczane metodą napięć węzłowych. Zadaniem STATCOM jest częściowa lub pełna kompensacja mocy biernej. Podczas spadku napięcia w węźle obciążenia, moc bierna generowana przez źródło zasilania maleje. STATCOM powinien częściowo lub w pełni skompensować nierównowagę mocy biernej tak szybko, jak to możliwe. Jednocześnie jednak nie jest możliwe pełne skompensowanie spadku napięcia. W celu rozwiązania tego problemu można zastosować szeregowo-równoległy lub równoległo-szeregowy układ UPFC. W wyniku zastosowania UPFC możliwe jest automatyczne podniesienie poziomu napięcia do akceptowalnych wartości za pomocą kompensatora szeregowego UPFC. Analiza pokazuje, że równoległo-szeregowy UPFC charakteryzuje się stabilnością działania. W przypadku zastosowania szeregowo-równoległego UPFC istnieją ograniczenia w zakresie możliwości regulacji składowej urojonej napięcia kompensatora szeregowego, ponieważ zmienia się kąt wektora napięcia, co powoduje awarię działania regulatora kompensatora równoległego UPFC.