The Effect of STATCOM and PSS on Power System Voltage and Stability

本論文之主要目的是研究靜態同步補償器和電力系統穩定器對電力系統的影響，另外，本論文並探討利用靜態並聯補償器來改善公元2005年台電系統現有的問題並且增加電力系統的穩定度。目前台電系統中存在兩個主要問題：一個是峨眉匯流排電壓過低的問題，另一個是潛藏在區域間的低頻振盪問題。 在並聯補償的穩態研究之中，為了改善峨眉匯流排電壓過低的情形，考慮各種可能發生的事故來找出適當的並聯補償器裝設地點;並且探討三種不同事故下，針對不同的裝置容量做分析來找出最佳的補償容量。另外，並聯補償器藉由電壓的動態響應情形，找出一組最佳的比例組合，來有效抑制超高壓匯流排的電壓振盪情形。在有關靜態同步補償器和電力系統穩定器的方面，本論文也考慮三種可能發生的事故，觀察重要匯流排的電壓振盪情形以及故障清除後電壓的振盪頻率和阻尼比，來評估兩者之間的互相影響。 研究結果顯示，靜態並聯補償器對於電壓的改善有不錯的效果，尤其以靜態同步補償器的性能表現最佳，而靜態同步補償器和電力系統穩定器之間並無互相牽制的現象。The main purpose of this thesis is to examine the effect of Static Synchronous Compensators (STATCOMs) and Power System Stabilizers (PSSs) on the steady-state and dynamic performance of Taiwan power system. In daily operation of Taiwan power system, two problems have been observed. One is the low bus voltage at Omei substation; and the other is the low frequency oscillation problem. To improve the low voltage problem at Omei substation, proper location and capacities for the STATCOMs are determined based on power flow simulations for the system under various operating conditions. Dynamic simulations are also conducted to examine the effect of STATCOMs and PSSs on the substation dynamic voltage responses and low frequency oscillations. Three different operating conditions have been considered in the dynamic simulations. It is found that the dynamic voltage response can be improved by the STATCOMs while the dampings for the low frequency oscillations can be improved by the PSSs. It is also concluded that there is no significant interactions between the STATCOMs and the PSSs.摘要………………………………………………………………………i Abstract…………………………………………………………….…ii 目錄……………………………………………………………………iii 圖目錄………………………………………………………………….vi 表目錄…………………………………………………………………xii 第一章 緒論…………………………………………………………1 1-1 研究背景與動機…………………………………………..…1 1-2 研究方法與目的……………………………………………..5 1-3 論文內容概述………………………………………………..6 第二章 靜態並聯補償器控制與特性分析…………………………8 2-1 前言………………………………………………………..…8 2-2 靜態虛功補償器 ( SVC )…………………………………..9 2-2-1 基本特性……………………………………………..9 2-2-2 控制架構……………………………………………12 2-3 靜態同步補償器 ( STATCOM )…..……………………….13 2-3-1 基本特性…………………………………………...13 2-3-2 控制架構…………………………...………………15 第三章 台電超高壓輸電系統穩態響應分析………………………17 3-1 系統概述……………………………………………………17 3-2 未加入並聯補償之穩態電壓特性…………………………20 3-3 補償器裝設地點的選定……………………………………22 3-4 補償器適當容量的選定……………………………………24 3-5 加入並聯補償之穩態電壓特性……………………………28 第四章 台電超高壓輸電系統動態響應分析………………………32 4-1 本章概述……………………………………………………32 4-2 不同補償裝置的最佳組合之選定…………………………33 4-2-1 FC 和 SVC 的組合比例………………………..…..34 4-2-2 FC 和 STATCOM 的組合比例.……………..……….37 4-3 Case 0 模擬結果.………………………………………….40 4-4 Case 1 模擬結果…………………………………………..43 4-5 Case 2 模擬結果…………………………………………..46 第五章 靜態同步補償器和電力系統穩定器 對系統動態響應之影響…………………………………….49 5-1 本章概述…………………………………………….…..….49 5-2 Case 0 模擬結果.………………………………………….50 5-2-1 PSS 停用時有無STATCOM的動態響應分析…..........50 5-2-2 PSS 運轉時有無STATCOM的動態響應分析………..56 5-3 Case 1 模擬結果.…………………………………………..62 5-3-1 PSS 停用時有無STATCOM的動態響應分析……….62 5-3-2 PSS 運轉時有無STATCOM的動態響應分析……….68 5-4 Case 2 模擬結果.…………………………………………..74 5-4-1 PSS 停用時有無STATCOM的動態響應分析……….74 5-4-2 PSS 運轉時有無STATCOM的動態響應分析……….80 第六章 結論和建議…………………………………………………86 6-1 結論…………………………………………………………86 6-2 未來研究方向.……………………………………………...87 參考文獻………………………………………………………………8