基于模块化多电平换流器的限流式统一潮流控制器的设计

传统基于电压源换流器（voltage source controller,VSC）的统一潮流控制器（unified power flow controller,UPFC）开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低,同时在运行过程中也有遭受短路故障的可能性和风险,特别是在大容量高电压的场合下,极易造成器件的损坏。将模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）引入UPFC中,同时改进MMC的控制策略以适应所提拓扑的要求,同时由于MMC的引入,短路故障的风险进一步加大,因此在MMC-UPFC的基础上设计了限流模块,该限流模块能在系统短路故障下有效地抑制短路电流,且该限流器在正常工作情况下并不会给线路增加负担。整个UPFC的拓扑具有模块化程度高、谐波小、容量扩展、短路快速限流等特点,该文所设计的拓扑增加了系统的可靠性、安全性和经济性。     

基于PSASP用户自定义的UPFC潮流控制模型

为建立与电力系统分析综合程序（PSASP）相适应的统一潮流控制器（UPFC）潮流控制模型,提出一种解耦控制方法。串联侧分别采用串联注入电压的q轴和d轴分量控制线路传输的有功功率和无功功率,并联侧基于瞬时功率理论,采用并联侧电流的q轴分量控制UPFC并联接入点母线电压,通过改变UPFC与网络接口节点的注入电流实现UPFC的潮流控制目标。在国内某500kV电网上进行了潮流控制计算,计算结果表明,所建立的模型正确、可行,完全可用于含UPFC的实际电网的工程研究和分析。     

基于Sen Transformer的新型统一潮流控制器的仿真与实验

传统统一潮流控制器(UPFC)控制功能灵活而卓越,但在电力系统中推广使用不具备容量和价格优势;Sen Transformer虽然容量大、成本低,但灵活性和动作速度都不能满足精确调节的要求。混合式潮流控制器(HPFC)是由统一潮流控制器(UPFC)和"Sen Transformer"(S.T.)串联组成,具有容量大、成本低等优点。本文首先介绍了HPFC的基本原理,然后通过Matlab/Simulink仿真验证了HPFC调节电压与功率的功能,最后通过搭建硬件实验平台,实现了HPFC调节系统电压幅值和相位的功能。从理论、仿真与实验三个方面对HPFC的调节电压和控制潮流的功能进行了研究和验证。     

UPFC控制器的设计

采用功率模型描述含UPFC的网络方程,在该网络方程基础上并联侧采用电压控制/无功电流控制,串联侧采用自动潮流控制/电压注入的控制策略。提出了UPFC控制器物理实验装置的实现方案。仿真结果证明采用该方法,UPFC能快速有效地改善系统的电压和潮流。     

基于初值估算和潮流可控范围的UPFC潮流收敛特性研究

变流器电压初值不合理或潮流设定值过大,将导致含统一潮流控制器(UPFC)电网潮流收敛到实际不可行解,或超过串联变流器的电压约束范围。提出基于初值估算的两阶段潮流算法,根据第一阶段常规潮流结果估算串联变流器电压相角,将其作为第二阶段潮流初值,解决了潮流收敛性对变流器电压初值敏感的问题。利用拓展雅可比矩阵,建立UPFC串联控制变量对潮流控制目标可调范围的灵敏度模型,量化串联变流器电压对潮流控制范围的影响,避免因控制目标不合理引起潮流发散或串联变流器电压越限。算例结果验证了所提算法的可行性和正确性。     

统一潮流控制器功率解耦控制策略的研究

针对统一潮流控制器(UPFC)在调节电力线路潮流过程中存在的有功和无功功率相互影响等问题,通过分析UPFC数学模型,从UPFC实现传输线路潮流调节作用的角度出发,提出了并联变流器稳压控制、电压电流双闭环控制方法和串联变流器电压、电流、功率三环解耦控制策略,实现了UPFC直流电容电压恒定、输入端交流母线电压稳定和独立调节有功、无功潮流的功能。通过搭建UPFC并网仿真模型,验证了该控制策略在电力系统潮流调节中的有效性和可行性。     

MMC-UPFC在南京西环网的应用及其谐波特性分析

基于模块化多电平换流器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)是当前最新型的柔性交流输电技术,与柔性直流输电中MMC交流电压在额定值附近不同,理论上UPFC串联侧MMC输出电压可在零到额定值之间任意可调,在调制比较小时,换流器输出电压中将含有较大的谐波成分。结合南京西环网UPFC实际工程,为研究基于MMC的UPFC对电网谐波的影响,从UPFC工作原理出发分析MMC谐波理论计算方法及分布特性,给出了UPFC接入系统后电网谐波的计算公式,用于评估系统各种运行方式下UPFC在不同子模块数量及电压调制比下的谐波特性及其对电网电压谐波的影响,为工程设计和系统运行维护提供依据。最后,理论计算和仿真结果验证了所提出的谐波分析计算方法的有效性。     

统一潮流控制器的分析与控制策略

文中分析了统一潮流控制器（UPFC）系统的电压、无功功率和有功功率的平衡,得到了与UPFC控制相关的2个重要结论。首先,分析表明在UPFC输入端电压保持不变的情况下,线路无功潮流的变化实际上是由并联变换器提供的;其次,UPFC端电压既可以从发送端控制也可以从接收端控制。基于以上分析,提出了一种新颖的UPFC控制策略。在该策略中并联变换器控制UPFC直流母线电压和输电线无功潮流,而串联变换器控制UPFC输入端母线电压幅值和输电线有功潮流。同时,在控制系统中加入有功／无功功率协调控制,可在潮流调节中获得良好的静态、动态性能。最后,通过实验验证了所提出的控制策略的有效性。     

UPFC控制器及其物理实验装置的设计

在详细分析含UPFC的网络方程的基础上,描述了并联侧采用电压控制/无功电流控制,串联侧采用自动潮流控制/电压注入的控制策略.并提出了UPFC控制器物理实验装置的实现方案.为保证控制系统的响应速度,在控制器的设计中采用DSP芯片.     

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。     

统一潮流控制器的建模与控制研究综述

灵活交流输电系统（ＦＡＣＴＳ）技术是近几年来出现的一项新技术,统一潮流控制器（ＵＰＦＣ）是ＦＡＣＴＳ控制器中乞今最全面的控制器,可提供对传输线路参数（即电压、线路阻抗和相角）的全面动态控制,能够快速控制传输线路的有功和无功功率及母线电压。首先由考虑ＵＰＦＣ的电力系统潮流调节问题讨论了ＵＰＦＣ的建模,然后从控制角度综述了目前国内外研究ＵＰＦＣ的最新成果,概述了ＵＰＦＣ的各种控制策略,并分析了ＵＰＦＣ     

适合城市电网的级联型统一潮流控制器

为提高上海地区10 kV电网的供电可靠性,需要潮流控制能力强的柔性交流输电(flexible AC transmissionsystems,FACTS)装置来实现10 kV电网的合环运行,而统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)就是一种很好的选择。文章对基于H桥级联技术的UPFC拓扑结构进行了研究,通过仿真实验对级联型UPFC的动态性能进行分析和验证。仿真实验结果表明,省略掉串联变压器的H桥级联型,UPFC能够有效控制线路潮流并维持直流电压恒定,采用脉宽调制技术有效消除了中低次谐波。     

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。     

一种配电网多线路混合式统一潮流控制器

为适应配电网多线路的潮流调节需求,进一步提高潮流调控能力和响应速度,文中提出一种新型配电网多线路混合式统一潮流控制器(multi-line hybrid unified power flow controller for distribution network, D-MHUPFC)。D-MHUPFC由Sen变压器、统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)和混合式有载分接开关组成,能够快速调节配电网多线路潮流。相较于传统调节方式,D-MHUPFC具有结构紧凑、响应快速、经济性好和可靠性高等优点。文中结合ZIP负荷模型,推导计及D-MHUPFC的多线路潮流方程,优化其协同控制策略,并搭建10 kV配电网仿真平台验证其可行性。结果显示,D-MHUPFC及其控制策略能在0.15 s内快速调节多线路潮流,转移过载功率,提高断面输电极限。D-MHUPFC能够解耦控制有功功率和无功功率,补偿误差小于1%,具有和UPFC相当的潮流调节能力。     

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。     

UPFC运行点变化对电力系统稳定和控制性能的影响

统一潮流控制器(UPFC)的主要控制功能是潮流控制和电压控制,控制的水平由控制器的设定参考值决定。它们也是文中所指的UPFC的控制运行点,即UPFC安装线路上由UPFC调节达到的输送的有功和无功水平,以及安装母线上由UPFC控制达到的电压水平。文中讨论了UPFC控制运行点变化对电力系统稳定性的影响。同时还发现,控制运行点在较大程度上决定了控制器的控制性能和2个UPFC之间的交互影响。通过2个装有UPFC的电力系统的仿真结果证实了文中的讨论。     

UPFC的交叉耦合控制及潮流调节能力分析

研究了UPFC控制传输线路潮流能力，通过对系统功率平衡及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，用q轴分量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。实验结果表明采用文中所述的控制策略能够使UPFC有良好的潮流调节性能。     

Comprehensive modelling of the unified power flow controller for power system control

In this paper, comprehensive modelling of the unified power flow controller (UPFC) for power flow, voltage, angle and impedance controls is presented. The control modes include some thirteen different power flow, voltage, angle and impedance control functions. The similarities and differences between some of the control modes and those of traditional transformers and series compensation devices are also discussed. The control modes were successfully implemented in a Newton power flow algorithm. Numerical examples are given on the IEEE 30-bus system and the IEEE 118-bus system to illustrate the feasibility and the performance of the Newton power flow algorithm.