UPFC在浙江金华电网的应用研究

在分析UPFC(统一潮流控制器)的功能及模型的基础上,提出UPFC容量在BPA仿真软件中的等值计算方法。以浙江金华电网为例,比较确定UPFC的最佳安装地点,在2017-2020年的运行方式下,计算不同年方式下UPFC所需的容量,通过UPFC提升线路的功率大小与自身容量的比较,说明线路功率不同时,单位容量的UPFC提升线路功率的大小相同。研究结果表明UPFC能够有效解决金华电网运行过程中存在的潮流分布不均、系统正常运行不满足N-1的问题。     

UPFC的选址及网损优化计算

在UPFC基本结构的基础上,将UPFC的作用以串联与并联电压源模型表示,并将其对网络的影响以等效注入功率模型表示.利用模态分析法确定系统电压和负荷能力的薄弱区域,建立UPFC控制参数对负荷因子的灵敏度,根据灵敏度的大小确定UPFC最佳安装位置.建立以平衡节点有功最小的含UPFC网损优化数学模型,利用模拟退火改进粒子群算法以增强全局搜索能力,获取了网损优化控制变量.以IEEE-14标准算例为例,计算了含UPFC的系统网损,验证了该模型和算法的有效性.     

统一潮流控制器选址定容的关键影响因素分析及优化方法

针对利用统一潮流控制器(UPFC)的潮流控制能力来改善输电断面潮流分布、解决关键输电线路过载问题的应用场景,基于电网络理论推导了UPFC串联侧装置所需安装容量与关键输电线路潮流转移需求、UPFC安装位置、网架结构参数之间的关系,提出了UPFC串联侧装置安装容量的计算方法。在此基础上,分析了影响UPFC装置安装容量的主要因素,并针对两种典型的网架结构,研究了转移单位潮流所需的UPFC串联侧装置安装容量受UPFC安装位置、网架结构参数的影响情况。进一步,提出了一套简单实用的UPFC安装位置和容量的优化方法。案例分析结果验证了所提出的UPFC串联侧装置安装容量计算方法和关键影响因素分析的有效性,同时验证了所提出的UPFC安装位置和容量优化方法的可行性。     

基于多场景变权多目标优化的UPFC在风电并网系统中的配置方案研究

风电出力与负荷的双向随机性使得电网潮流存在较大的不确定性,易造成电压失稳和线路传输功率过载等问题。统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以通过控制线路潮流和稳定节点电压,使风电并网系统运行的安全性、经济性大大增强。针对现有UPFC配置方法存在的未能充分考虑系统运行场景的不确定性及多场景下权重差异性的缺点,建立UPFC多场景变权多目标优化配置模型。利用K-means聚类方法对风电出力-负荷进行场景划分,以有功网损、电压偏移率和负载均衡度以及UPFC安装成本为优化目标,利用NSGA-II算法对UPFC的安装数量、位置、容量进行优化,并提出多场景熵权-层次分析法对Pareto解集排序,得出UPFC配置的最优方案。算例对IEEE 30节点系统进行仿真计算,验证了该模型和算法的正确性和有效性。     

多目标聚类鱼群算法配电网无功规划

为确定并联电容器在10 kV配电网中的容量和位置,同时考虑补偿后的经济效益,将无功补偿容量最少、电能损耗最小分别作为目标函数,建立多目标无功优化模型。提出了基于多种群聚类鱼群算法的无功规划方法,该论文利用不同鱼群对不同目标分别进行优化,获得多个全局最优解,通过不同鱼群之间的食物浓度信息交换,提高鱼群逃离局部最优解的能力;该发明采用k均值聚类发对系统中节点的灵敏度进行分析聚类,确定并联电容器的安装位置,另外,将各节点的灵敏度作为鱼群的食物浓度信息,加快了算法的寻优速度。通过IEEE69系统仿真计算验证了该模型及算法的有效性和可行性。结果表明该模型及算法能够有效降低系统功率损耗,提高电压质量、减少补偿容量。     

基于新负荷削减模型的UPFC优化配置

电力系统中使用统一潮流控制器(UPFC)可以明显改善运行状况.建立了UPFC的注入潮流模型和运行可靠性模型,以及UPFC安装费用和系统切负荷费用模型.基于运行可靠性模型提出了含UPFC的负荷削减模型,该模型通过UPFC的控制消除潮流越限和电压越限,以降低切负荷出现的概率,提高系统可靠性.最后给出了基于该模型的多UPFC配置方法,该方法的目标是在保证可靠性水平满足要求的前提下保证系统总费用最少.RTS 79系统的仿真表明,所提出的模型和配置方法优于传统模型和配置方法.     

计及异常状态和定期检修的UPFC可靠性评估

统一潮流控制器(UPFC)可用与否受其元件可靠性及检修策略的影响。根据元件突发性故障比例,提出一种计及异常状态的元件转移率计算方法,并建立计及异常状态和定期检修的UPFC状态空间模型。建立UPFC可靠性对元件故障率的灵敏度模型以确定薄弱元件,进而量化定期检修参数对UPFC可靠性的影响。根据灵敏度模型分析结果确定了UPFC薄弱元件,量化了计及异常状态和定期检修后UPFC可靠性,分析了突发性故障比例和从异常状态到故障状态比例对UPFC可靠性的影响。通过与摄动法进行比较,验证了计及定期检修UPFC可靠性灵敏度分析方法的正确性。     

500 kV UPFC适用场景的量化评估方法和选点方案

为解决实际电网规划中UPFC示范工程在超高压层面的布点选择与实施问题，首先基于现有工程经验总结提出UPFC的配置原则；之后研究了UPFC“单位容量调控比例系数”概念，即UPFC控制效果与自身容量的比值，并根据可靠性成本/效益分析，对单位容量调控比例系数进行标准化处理；继而综合得出UPFC布点在技术层面的比较方法，同时给出安装地点选择方法的流程；最后针对UPFC在不同场景的应用，提出了相应的系统级控制策略。应用方案研究中，利用2~3年滚动计算数据，在全国范围内选出12处UPFC的安装地点，通过初步比选和仿真分析，发现UPFC在锦苏直流落点近区输电断面、鄂东江南—江北断面两处地点具有较好的调节能力优势。所提方法切实可行，对超高压层面UPFC布点的筛选和示范工程的实施有一定的指导意义。     

基于PSASP的UPFC自定义模型在西南电网的应用仿真

采用功率注入法和电流注入法,在PSASP下实现UPFC自定义潮流模型与暂稳模型搭建。给出了川渝断面UPFC安装容量与改变潮流分布的关系,计算了川渝断面动态特性。计算结果表明,UPFC对于改善川渝断面潮流分布有一定作用,但是安装在功率输送通道上的UPFC,单位容量改变所安装通道的潮流不到0.5单位,杠杆作用小。通过串并联侧控制,UPFC对改善功率、电压振荡效果较明显。     

FACTS元件的可靠性成本/效益分析及其优化配置模型研究

柔性交流输电（FACTS）技术是对传统电网的革命性创新,能对电网可靠性产生重大影响。在综合兼顾可靠性和经济性的前提下,提出了基于可靠性成本/效益分析的静止同步补偿器(STATCOM)和晶闸管控制串联电容器（TCSC）的安装地点和安装容量的优化配置模型。该方法计及了FACTS元件的潮流计算和最优负荷削减模型,基于启发式思路实现了优化配置模型的逐次迭代算法：采用灵敏度分析方法对FACTS元件安装位置进行排序,再使用期望容量指标对其容量进行优化,通过逐次迭代求解系统总费用最小时的FACTS元件优化配置方案。采用该方法对RBTS可靠性测试系统进行了评估分析,计算结果验证了方法的可行性和正确性。     

Power injection modeling and optimal multiplier power flow algorithm for steady-state studies of unified power flow controllers

This paper presents an optimal multiplier based Newton-Raphson power flow algorithm for reliably and efficiently handling power systems with embedded flexible AC transmission systems (FACTS) devices such as unified power flow controllers (UPFCs). A power injection transformation of a two voltage source UPFC model is derived in rectangular form. After detailed analyses of issues in implementation of UPFCs in power flow programmes by various power flow algorithms, the optimal multiplier power flow method for ill-conditioned systems is adopted. The proposed UPFC model and power flow algorithm have been programmed and vigorously tested in a number of systems. The results on the IEEE 30-bus test system and a 306-bus practical system are reported and compared with conventional user defined model type programmes, which clearly illustrate the effectiveness of the proposed algorithm.     

一种新的含UPFC的电力系统潮流算法

提出了一种新的UPFC功率注入模型。基于该模型,推导了含UPFC的电网潮流方程,提出了一种新的算法来求解含UPFC的电网潮流问题。该算法基于快速解偶法(FDLF),包含了两个交替迭代过程,继承了快速解偶法的基本特性,雅可比矩阵在迭代过程中保持对称、定常。此外,采用该潮流计算模型可以直接方便地得到UPFC控制变量的较佳初始条件,有利于算法的收敛。通过实例的计算和比较,最后验证了算法的可靠、快速和准确。     

用常规潮流程序直接计算含统一潮流控制顺的电力网络潮流

文章介绍了一种用常规潮流计算程序直接含多个统一潮流控制顺（ＵＰＦＣ）的电力网络潮流的方法。     

考虑统一潮流控制器的电力系统状态估计算法

以统一潮流控制器(UPFC)为代表的灵活交流输电系统(FACTS)技术可以实现传输功率的合理分布、优化系统资源,提高系统的稳定性和可靠性。基于加权最小绝对值(WLAV)估计准则,将UPFC元件的作用等效为一系列电压和功率的约束,并运用内点法进行状态估计计算。该方法可以完全完整考虑UPFC元件对系统运行状态的影响,并能充分利用WLAV估计的抗差的特点,提高估计的精度。IEEE-14系统的算例仿真结果,验证了所提出算法的有效可行性。     

基于功率注入法的UPFC潮流分析算法研究

基于功率注入法提出了一种舍UPFC的输电系统潮流计算模型,将UPFC引起的附加注入有功和无功功率作为独立的状态变量,避免了由于引入UPFC而引起的振荡或者发散,潮流的收敛速度快。IEEE-9节点系统验证了本算法的有效性。     

计及统一潮流控制器的电力系统状态估计算法

在统一潮流控制器(UPFC)模型的基础上,提出了计及UPFC的电力系统状态估计算法。该算法根据给定的运行方式确定UPFC的控制约束条件,通过拉格朗日乘子将UPFC的控制约束条件计入状态估计目标函数,从而将含有UPFC的状态估计问题转化为带等式约束的最优化问题。该算法不仅可以完整地计及UPFC对电力系统的影响,而且可在不必改动原有状态估计模块的基础上,很容易地加入等式约束的修正模块。算例表明,提出的算法是有效可行的。     

UPFC提高异步风电机组故障穿越能力的分析

针对并网风电场故障期间无功不足的问题,采用新型动态无功补偿装置是必然趋势。根据异步风力发电机模型、统一潮流控制器（UPFC）的工作原理与控制策略,建立了含UPFC装置的风电场并网系统仿真模型。仿真对比分析了异步风电场安装SVC和安装UPFC装置时发生短路故障后的故障穿越能力;分析了暂态过程风电机组超速的原因,并研究了异步风力电机组成的风电场故障前后电压、功率和转速变化情况。仿真结果表明,与SVC相比,新型无功补偿装置UPFC作为风电场无功电源,其响应速度更快,风电场暂态稳定性得到更好地改善。     

Impacts of UPFC on line flows and transmission usage

In a competitive electricity market, installing the Unified Power Flow Controller (UPFC) can improve power transfer capability and help market participants keep their schedules very close to preferred ones and at the same time may retain the competitive behavior of participants. Putting the UPFC in service may assist system to operate within its physical limits and reduce total generation cost associated with out-of-merit order caused by constrained transmission. However, a competitive electricity market necessitates a reliable method to allocate congestion charges, transmission usage, and transmission pricing in an unbiased, open-accessed, basis. Therefore, it is usually necessary to trace contribution of each participant to line usage and congestion charges, and then to calculate charges based on these contributions. It has been a common practice to use distribution factors to calculate these contributions. Therefore, in this paper we present a mathematical approach to allocate the contributions of UPFCs to transmission system usage using a dc-based load flow model of UPFC-inserted transmission lines, based on a previously derived dc-based injection model of UPFC-embedded lines by this author. The present paper derives relationships to model impact of UPFC on line flows and transmission usage where we present modified admittances and distribution factors that model impact of utilizing UPFC on line flows and system usage. The relationships derived show how bus voltage angles are attributed to each of changes in generation, injections of UPFC, and changes in admittance matrix caused by inserting UPFC in transmission lines. The relationships derived can be adopted for the purpose of allocating usage and payments to users of transmission network and owners of control devices used in the network. The relationships derived are applied to test systems, where the results illustrate how transmission usage is affected when UPFC is utilized.     

Optimal location and signal selection of UPFC device for damping oscillation

Unified power flow controller (UPFC) is used for controlling the real and reactive power in transmission line and bus voltage simultaneously and independently. An additional task of UPFC is to increase transmission capacity as result of power oscillation damping. The effectiveness of this controller depends on its optimal location and proper signal selection in the power system network. A residue factor has been proposed to find the optimal location of the UPFC controllers and eigenvalue analyses are used to assess the most appropriate input signals (stabilizing signal) for supplementary damping control of UPFC to damp out the inter-area mode of oscillations. The proposed residue factor is based on the relative participation of the parameters of UPFC controller to the critical mode. A simple approach of computing the residue factor has been proposed, which combines the linearized differential algebraic equation model of the power system and the UPFC output equations. While for signal selection a right-half plane zeros (RHP zeros) and Hankel singular value (HSV) is used as tools to select the most receptive signal to a mode of the inter-area oscillation. The placements of UPFC controllers have been obtained for the base case and for the dynamic critical contingences. The effectiveness of the proposed method of placement and selection of signals are demonstrated on practical network of TNB 25 bus system of south Malaysian network and New England 39 bus system.     

考虑UPFC控制模式的N-1安全约束最优潮流及应用

统一潮流控制器(UPFC)能有效解决电网潮流分布不均引起的一系列问题,近年来受到广泛关注。为进一步挖掘UPFC控制潜力、提高电网运行的安全性,提出了一种考虑UPFC控制模式的N-1安全约束最优潮流模型。首先,建立了考虑UPFC双回线结构的等效功率注入模型;其次,结合中国苏州南部500 kV实际电网算例,分析了UPFC控制模式对静态安全性的影响,指出了在潮流优化过程中考虑UPFC控制模式的必要性;最终,构建以静态安全裕度为目标的优化模型,并在优化的过程中充分计及UPFC控制模式对系统N-1故障后潮流分布的影响,实现系统运行参数与UPFC控制模式的共同择优。基于苏州南部电网的仿真算例表明,所提的潮流优化方法能够充分挖掘UPFC的静态控制潜力,显著提高系统的静态安全水平。