统一潮流控制器(UPFC)的工程 实践及应用

随着负荷的发展,湖南电网负荷中心输电能力不足,潮流分布不均匀,输电断面卡脖子问题日益凸显。本文首先介绍了统一潮流控制器(UPFC)在国内外电网中的应用现状、在电网运行控制中发挥的作用及其技术的最新发展,介绍了UPFC的模型、功能及应用案例,以长沙电网负荷中心为例研究了湖南电网的概况和存在的问题,得出了在湖南电网中加装UPFC解决运行控制中存在问题的可行性建议。     

500 kV统一潮流控制器在苏州南部电网的工程应用

报道了500 kV统一潮流控制器（unified power flow controller,UPFC）示范工程在苏州南部电网的应用情况,工程于2017年年底建成投产,建成后将成为世界上电压等级最高、容量最大的UPFC工程。首先介绍了苏州南部500 kV电网发展概况和存在的问题,分析了利用常规解决措施（线路导线增容、新增输电通道）解决上述问题时遇到的困难。然后给出了利用UPFC解决苏州南部500kV电网中存在问题的方案,详细论述了在苏州南部500kV电网应用UPFC的接入方案、接入效果、工程实施难度和投资成本。最后通过技术经济比较,分析了苏州南部UPFC示范工程的经济效益和社会效益。分析结果显示,示范工程投运后可以有效缓解苏州南部电网中存在的直流小方式下供电能力受限、无功支撑不足、直流换相失败风险大及直流双极闭锁后应急拉限电多等问题,同时较常规解决措施具有较好的经济性和较小的实施难度。苏州南部UPFC工程对在更高电压等级上应用UPFC技术能起到积极的示范作用。     

基于线间潮流控制器的省级电网断面潮流优化研究

随着经济社会的发展,我国部分省级电网断面潮流不均的问题日渐突出.以江苏电网为例,由于电源和负荷在地域上呈逆向分布,省内整体呈现"北电南送"的输电形势.随着新能源大规模不断接入以及区外来电规模的增大,江苏现有北电南送通道的输电能力将难以满足后续新能源进一步接入的需求.本文首先阐述了线间潮流控制器的原理,随后分析了江苏电网北电南送断面潮流分布特征.针对北电南送输电通道潮流分布不均、存在输电瓶颈的问题,提出了3种基于线间潮流控制器的断面潮流优化方案,并通过仿真给出了断面潮流优化验证结果.最终,给出了线间潮流控制器在江苏电网应用的工程方案设想.经分析,线间潮流控制器的装设可以很好地提高江苏北电南送断面的输电能力,极大地增加苏北苏中地区新能源消纳能力,社会经济效益显著.     

用UPFC提高交流输电能力的方法研究

提高交流输电系统输电能力是电力系统的重要发展方向。UPFC是FACTS中的典型装置,能有效控制交流电力系统参数。基于功率注入法,提出了一种考虑UPFC的输电系统潮流控制方法,讨论了UPFC的稳定控制域。该方法在不改变传统雅可比矩阵结构的同时,修正雅可比矩阵相应元素,联立潮流控制目标,利用传统潮流方法求解支路潮流。仿真结果表明在稳态条件下UPFC能在较大范围内灵活控制支路潮流,验证了本算法的有效性。     

统一潮流控制器在苏南500 kV电网中的应用

针对苏州南部500 k V电网供电能力提升、特高压直流功率消纳等问题,开展了统一潮流控制器(UPFC)在苏南500 k V电网应用的可行性研究,并给出了UPFC接入系统方案及拓扑结构,通过系统计算确定UPFC变压器及换流器容量。仿真计算验证了其对苏州南部500 k V电网潮流及电压调节作用,结果表明:苏南电网冬季大负荷及锦苏特高压直流小方式下,能消除梅里木渎断面N-1过载的问题;夏季锦苏直流大方式下发生双极闭锁时,通过提升地区电网供电能力,减小苏南地区切负荷量;通过UPFC无功电压控制,提供苏南地区电网电压恢复水平,一定程度上减少了锦苏直流发生换相失败。并给出了UPFC主设备关键参数的选择依据。     

UPFC在静态电压稳定分析中的应用

为了更好地提高电压稳定性,在系统中安装了统一潮流控制器(UPFC),建立了静态电压稳定分析的优化数学模型,并采用等效注入功率法将UPFC嵌入电力系统。针对优化计算过程中基本粒子群算法易陷入局部最优解的缺点,采用了自适应聚焦粒子群算法,并结合连续潮流法对目标函数进行寻优计算,找到关于UPFC控制参数、发电机端电压、有载调压变压器档位以及无功补偿电容器容量的最优的控制变量组合,并求出最大静态电压稳定裕度。通过对IEEE6,IEEE30标准节点系统进行计算,验证了应用UPFC对提高静态电压稳定裕度的有效性。     

500kV统一潮流控制器在苏州南部电网的应用研究

220 kV南京西环网统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)是世界上第1个基于模块化多电平(modular multi-level converter,MMC),该工程于2015年12月建成投运。本文首先简要介绍了该工程在2016年的运行情况及在电网中发挥的作用。接着具体阐述了苏州南部电网在发展中存在的不同运行方式下输电通道输/受电能力不足、动态无功支撑能力有限、近区直流双极闭锁后的供电缺额等问题。通过与常规解决措施的对比,阐明了在苏州南部电网中应用500 kV UPFC提高电网输电能力及稳定性的可行性、必要性和必然性。不同于220 kV UPFC工程,500 kV UPFC工程不仅在电压等级上进行了提升,而且创造性地提出了可切换的UPFC主接线方式。500 kV UPFC的应用可以显著提升苏州南部电网的输/受电能力,发挥显著的安全效益、经济效益、社会效益。     

基于UPFC/BESS的大电网新能源系统功率波动柔性跟踪控制研究

随着新能源发电技术的快速发展,对大电网新能源系统灵活交流输电技术提出了新的要求。为了解决大电网新能源发电波动性、间歇性及负荷突变等引起的功率波动和电网稳定问题,提出了一种新型基于蓄电池储能系统(battery energy storage system,BESS)接入的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)装置。建立了含风电、光伏发电和UPFC/BESS的大电网新能源系统数学模型,基于广域测量系统(wide area measurement system,WAM S)技术设计出UPFC/BESS关于抑制新能源电力功率波动的柔性跟踪控制方法,该方法使储能装置柔性交换系统的有功功率和无功功率,消除了有功波动对节点电压的影响。基于PSCAD/EMTDC平台的仿真结果表明,UPFC/BESS具有较强的有功调节控制能力,能够快速抑制大电网新能源接入系统的负荷与电源功率波动。     

含UPFC的电力系统最优潮流计算

由于UPFC能够控制母线电压和线路潮流,包含UPFC的电力系统最优潮流模型中须引入附加的等式约束和不等式的约束,增加了优化计算的复杂性,本文应用直接非线性原一对偶路径跟踪内点算法进行求解,并给出了3个试验系统的优化计算结果,验证该方法的有效性。     

UPFC控制及动态特性实验研究

基于传统的比例—积分控制,提出了统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)并、串联侧解耦的系统级控制策略,其控制目的是在并联侧维持UPFC并入点的交流电压和直流侧电容电压,在串联侧控制线路有功、无功潮流。文章首先介绍了所研制的UPFC实验系统平台,并在此基础上详细地给出了UPFC系统级控制器的硬件实现,实验平台的通用性决定了不同控制策略可以较容易地实现。为验证所提出的控制策略的控制效果,文中将UPFC实验装置嵌入至自行搭制的等效双机实验系统中,实验结果与 PSCAD/EMT DC仿真环境下的时域动态仿真结果十分相似,从而得到了良好的UPFC动态特性。     

电磁式特高压统一潮流控制器

为解决特高压电网的运行调节中的困难,提出了一种电磁式特高压统一潮流控制器的结构和工作原理,其由360°移相变压器和并联可控电抗器组成。移相变压器由普通有载调压开关控制,可以实现离散的360°移相串联电压控制。与现有基于电力电子开关的统一潮流控制器相比,电磁式统一潮流控制器在保持有功与无功潮流独立灵活控制优点的同时,损耗低,无电磁兼容问题,并且兼有过电压和潜供电流限制的功能。360°移相变压器结构简单,每相仅需2个二次移相绕组,造价低、可靠性高、易于实现。     

基于统一潮流控制器（UPFC）的电力系统稳态潮流控制的模型和算法

本文在分析统一潮流控制器（ＵＰＦＣ）的基础上，导出了ＵＰＦＣ的潮流控制模型，提出了易于同常规ＰＱ分解潮流计算相结合的算法。算例表明，该方法能有效地用于分析ＵＰＦＣ对潮流控制作用，且具有较好的收敛性     

含统一潮流控制器的电力系统电压稳定裕度计算

基于原始一对偶内点法,提出了一种含统一潮流控制器的电力系统的电压稳定裕度计算方法.首先将统一潮流控制器对系统的影响以节点等效功率的形式计入,并由此建立了统一潮流控制器的电压稳定裕度计算模型,进而运用原始一对偶内点法求解含统一潮流控制器的电力系统的电压稳定裕度.该方法理论上具有二阶收敛性,并经IEEE 6、IEEE 14和IEEE 30测试系统仿真验证其正确性和有效性.     

UPFC的交叉耦合控制及潮流调控性能分析

本文研究了UPFC控制传输线路潮流能力，通过对系统功率平衡以及UPFC的潮流控制特性分析，在三维空间中绘出了UPFC各部分的功率运行曲面，为有效选取UPFC各部分的功率容量和判断潮流控制方案的可行性提供了一个直观的手段，说明了在UPFC中采用交叉耦合控制的可行性。利用串联变换器注入传输线路电压的d轴分量控制传输线路上的无功潮流，而用q轴分量来控制传输线路上的有功潮流。控制系统设计中利用频率特性法得到了功率环PI调节器的参数。最后实验结果表明采用文中所述的控制策略能够使得UPFC有良好的潮流调节性能。     

统一潮流控制器的非线性控制

通过独立控制线路的有功和无功功率,统一潮流控制器(UPFC)能够大大提高线路的传输能力。为实现这一目标,装置需要尽可能快的动态响应速度和稳定性。文中提出一种适用于UPFC装置的非线性控制策略,该控制器的理论分析基于同步旋转坐标系,充分考虑了UPFC模型的非线性特点,采用反馈精确线性化的方法进行分析。在此基础上设计得到的控制器较之传统的PI控制和解耦控制策略具有更好的稳定性和更快的动态响应。在EMTDC/PSCAD平台下的仿真结果验证了这种控制策略的优越性能。     

统一潮流控制器控制策略的研究与实现

对统一潮流控制器(UPFC)的数学模型、控制策略进行了具体的分析和设计,在两相同步旋转dq坐标系下建立了控制系统动态模型。考虑到有功和无功在dq坐标系下的相互影响,UPFC的串联逆变器采用了三环解耦控制,外环是功率环,中间环为电压环,内环为电流环,由于电流内环的快速响应,使得电流跟踪输入电压,提高系统的稳定性和动态响应性能。文中对UPFC实现的STATCOM和SSSC功能进行了系统的分析,并对其动态特性进行了深入的研究。最后利用实验验证了在UPFC中采用这种控制方式的有效性。     

统一潮流控制器的模糊控制器设计

建立并提出了UPFC的动态数学模型和模糊控制策略，并对其4个调节器分别设计了控制器。对UPFC的阻尼控制器进行了改进，给出了运用带多个因子的模糊规则自调整的模糊控制器。运用MATLAB的仿真工具，对含UPFC的双机系统进行了仿真。仿真结果表明，UPFC采用模糊控制后不但能有效地调节线路潮流，而且能有效抑制振荡，提高电力系统的动态稳定性。     

统一潮流控制器潮流模型及功率调节能力分析

随着电网规模和交直流混合系统建设工作的快速推进,UPFC应用研究又成为热点之一。针对UPFC的不同控制需要,开展了不同控制策略下UPFC控制特性分析及其对电网潮流的影响研究。首先,本文针对不同的UPFC控制策略,建立了相应的常规潮流方程的修改模型,实现了直接采用常规潮流程序计算含UPFC的电网潮流的方法;然后,通过含UPFC电网的潮流分析,剖析了UPFC的稳态调控性能及其对系统潮流的影响能力;最后通过典型数据验证了本文模型和方法的有效性,对实际电网中应用UPFC具有一定的借鉴与指导意义。     

UPFC控制策略的研究与性能分析

本文重点讨论了UPFC控制线路潮流的效果，提出了交叉解耦控制和交叉耦合控制。分析可知，在系统所有参数已知的条件下，采用交叉解耦控制的UPFC有最快的响应速度。而在传输线路参数不确定的情况下，采用交叉耦合控制的UPFC有最好的动态性能。最后实验结果表明两种方式控制的UPFC均有较好的潮流调节能力。     

统一潮流控制器稳态性能研究

总结含统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的系统潮流计算方法,在此基础上设计一个能与传统PQ潮流算法结合的UPFC潮流计算模型,将潮流计算结果与UPFC的稳态模型相结合,分析控制目标值与系统控制量、电气量的关系.提出一种用中间控制变量代替直接控制方式的潮流控制策略,仿真...