利用多端统一潮流控制器阻尼多模态振荡

研究了多机系统中使用统一潮流控制器(UPFC)抑制电力系统多模态振荡的可行性.首先推导了作为UPFC概念延伸的多端统一潮流控制器(MUPFC)的非线性动态模型和线性化的Phillips-Heffron模型.利用UPFC和MUPFC具有多个控制回路的特点,提出在其多个控制回路上附加多个阻尼控制器来阻尼多模态振荡.通过模态分析,采用可控性指标对系统中的各个弱阻尼模态选取有效的控制回路,并设计了附加阻尼控制器.仿真结果表明,通过该方法确定的在一个UPFC或MUPFC上设置的多个附加阻尼控制器能够成功实现对电力系统多模态振荡的抑制.     

基于统一潮流控制器的配电环网潮流优化控制策略

双电源配电环网是实现配电网故障无缝自愈、有效解决短时停电问题的基础,但配电环网中潮流呈自然分布,且缺乏有效的调节手段,统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可对环网潮流进行控制,但需突破其经济性瓶颈.为此,在调节功率一定时,以负荷节点电压与环网两端馈线出力极限为约束条件,分别以 UPFC 输出的有功功率和视在功率最小为目标,提出了潮流控制策略.仿真结果表明2种优化控制策略能够满足配电环网潮流调度要求,且兼顾了 UPFC 应用的经济性     

UPFC并联侧双环控制策略的研究

从统一潮流控制器（UPFC）并联侧系统数学模型出发,设计了UPFC并联侧双环控制系统,内环用电流解耦控制器实现dq轴电流解耦,外环用d轴控制直流电容电压,q轴控制节点电压的PI控制方式,同时加入电流前馈控制环节和电流反馈控制环节,提高了系统精度和响应速度。仿真系统采用高电压等级,并使用标幺值方法分析和计算各类控制器的参数,通过仿真验证了所设计系统的准确性和有效性。     

潮流和最优潮流分析中FACTS控制器的建模

综述了最近FACTS控制器的数学模型在电力系统潮流和最优潮流分析中的新进展.不仅讨论了单换流器FACTS控制器,如静止同步并联补偿器(STATCOM)和静止同步串联补偿器(SSSC);而且也讨论了多换流器FACTS控制器,如统一潮流控制器(UPFC)、相间功率控制器(IPFC)、通用统一潮流控制器(GUPFC)和电压源型直流输电(VSC HVDC).此外还讨论了基于电压源换流器技术的HVDC的数学模型.不仅涵盖FACTS控制器的单相数学模型,而且也涉及FACTS控制器的三相数学模型.此外,还探讨了多换流器FACTS控制器的电流、电压以及功率等不等约束在潮流计算中的数学模型及计算机实现.     

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。     

一种新型统一潮流控制器

传统统一潮流控制器（UPFC）价格昂贵,损耗高,谐波含量高,在电力系统中不能很好地推广使用。文中提出一种混合型UPFC,它由“Sen” Transformer（ST）和传统UPFC串联组成,ST通过控制普通的有载调压开关,实现360°离散可调串联电压,UPFC利用电力电子开关原理实现360°连续可调的串联电压,两者共同工作起到控制系统潮流的作用。与传统大容量UPFC相比,混合型UPFC使用小容量UPFC,能够达到大容量UPFC的潮流控制范围,具有成本低、效率高、电磁兼容性好、谐波含量低、易于实现的优点,解决了导致现阶段UPFC不能推广使用最为重要的成本问题。混合型UPFC是具有极高性价比和效率的潮流控制器件,具有广阔的应用前景。     

基于树木生长算法的含UPFC的最优潮流计算

最优潮流(OPF)计算是一个非凸优化问题,统一潮流控制器(UPFC)的引入增加了OPF问题的非凸程度,使得基于内点法的传统优化算法难以获取全局最优解。文中提出基于树木生长算法(TGA)的计及UPFC的最优潮流计算方法,将发电成本与有功网损、电压偏移加权作为目标函数,并考虑网络与UPFC设备的安全运行约束,优化了OPF模型。最后基于IEEE 30节点系统以及南京西环网116节点实际系统进行算例测试,对比TGA、粒子群与内点法的结果,并使用蒙特卡洛方法对不同的启发式算法分别进行50次计算,验证了TGA具有更好的求解精度与鲁棒性。     

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。     

Unified power flow controller based on two shunt converters and a series capacitor

In this paper a novel configuration of unified power flow controller (UPFC) which consists of two shunt converters and a series capacitor is proposed. In this configuration, a series capacitor is used between two shunt converters to inject desired series voltage. As a result, it is possible to control the active and reactive power flow as same as the conventional configuration of UPFC. The main advantage of the proposed UPFC in comparison with the conventional configuration is injection of a series voltage waveform with a very low total harmonic distortion (THD). Also, using two shunt converters instead of a series and a shunt converters, results in reduction of design efforts and simplification of control, measuring and protection strategies. An optimal control strategy based on the discrete model of converters is applied to shunt converters. The proposed UPFC is simulated using PSCAD/EMTDC and MATLAB software and simulation results are presented to validate the effectiveness of the novel configuration of UPFC. Also, the experimental results which are obtained from an experimental set-up are presented.     

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。     

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。     

UPFC无功潮流控制引起负交互影响的解决方法

针对UPFC内部多个SISO控制器单独运行效果良好,但联合运行时各控制器间存在负交互影响的问题,对UPFC各控制器间的工作关系进行了详细分析。结果表明,无功潮流控制引起的负交互影响程度与有功、无功控制器间的耦合程度有关。根据负交互影响存在的原因,应用分层结构设计了潮流解耦控制器,其中外层控制为内层控制提供参考信号,内层控制应用解耦控制策略来实现有功、无功解耦的功能。利用PSCAD建立了UPFC的动态模型,比较分别采用以有功、无功电压为控制目标的常规潮流控制器及潮流解耦控制器时的仿真结果。验证了潮流解耦控制器的优越性,可有效解决无功潮流调节时与其他控制器间的负交互影响问题。     

Decoupling Controller Design and Controllable Regions Analysis for the Space Vector Modulated Matrix Converter-Unified Power Flow Controller in Transmission Systems

The flexible alternating current transmission systems (FACTS) devices are essential components of the transmission system to enhance the controllability and elevate the transfer capacity of the network. The unified power flow controller is known as the most versatile device in the FACTS family. This work studies a distinctive unified power flow controller (UPFC) structure based on the direct matrix converter to regulate the active and reactive power in a transmission system. In contrast to the conventional UPFC, there is no requirement for a bulky energy storage element in this structure. This results in various benefits including: decreased system volume, improved efficiency, prolonged lifetime, reduced maintenance and removal of the DC-link control. The full power controllable regions are analyzed and graphically obtained for the MC-UPFC, which facilitates the selection of proper UPFC ratings. The working principles and a model of the MC-UPFC are put forward and discussed, followed by explanations of direct space vector modulation (SVM) for this application. Based on the SVM modulation scheme, PID controllers are developed to control power flows in a double-line transmission system. In addition, decoupling controllers are derived by feeding back the coupling components into controllers. The numerical simulation results for a double-line transmission system corroborate the feasibility and effectiveness of the proposition.     

计及UPFC的电力系统无功优化

以统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)为代表的灵活交流输电技术(flexible AC transmission system,FACTS)可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。该文基于内点优化方法,提出计及UPFC的无功优化模型,以系统有功网损最小为目标函数,采用UPFC电压源模型,将其作用等效为一系列电压和功率的约束,直接放到内点法的约束中,在不同的负荷运行方式下进行优化分析。在IEEE-30节点系统测试中发现,引入UPFC后系数矩阵的维数会有所增加,但不会影响其收敛性。算例就系统网损和电压指标对装设UPFC前后进行比较,并给出最优控制方案下UPFC的参数值。结果表明该方法是可行的、有效的,取得很好的效果。     

具有短路限流功能的统一潮流控制器设计

统一潮流控制器(UPFC)在电力系统发生短路故障时,其串联变换器极有可能因承受系统高电压和大电流的冲击而损毁。针对该问题,提出了一种新型柔性交流输电系统装置——具有短路限流功能的统一潮流控制器(简称限流式UPFC),给出了其主电路拓扑结构、工作原理和控制策略。PSCAD/EMTDC软件的建模和仿真结果表明,在电网正常运行状态下,该装置特性等效为常规UPFC;当电网在装置安装点附近发生短路故障时,装置中的限流器模块能立即自动从零阻抗转变为高阻抗,将系统及流经UPFC的短路电流限制到较低数值,保护了UPFC免受系统高电压和大短路电流的冲击,同时也降低了系统的短路电流水平,增加了系统的可靠性和经济性。     

统一潮流控制器附加阻尼抑制次同步谐振的理论与仿真

随着串联电容补偿输电的推广应用,中国电力系统面临着严峻的次同步谐振(SSR)问题。针对SSR问题,文中基于采用电流控制模式的统一潮流控制器(UPFC),提出了一种UPFC附加阻尼控制抑制SSR的方法;首先选择了附加阻尼控制信号接入UPFC控制器的位置,然后设计了UPFC附加次同步阻尼控制器(SSDC),并推导了其抑制系统SSR的机理,且所设计的SSDC采用了模态分离控制以达到抑制多模态SSR的目的。最后,综合利用复转矩系数和时域仿真的方法,对所设计的UPFC装置SSDC抑制SSR的有效性进行了分析和仿真。结果表明,所设计的SSDC在有效抑制SSR的同时,不会影响系统和UPFC装置的正常运行。     

基于交叉耦合与交叉解耦的UPFC控制性能对比

交叉耦合与交叉解耦控制是统一潮流控制器(UPFC)的2种主要控制策略,两者内环相同而外环有显著差异。交叉耦合以线路潮流为控制对象,控制结构简单易于实现,属于直接控制方式;交叉解耦的外环控制由电流反馈环与比例积分(PI)控制相结合,以线路电流为控制对象,具有快速调节潮流的能力,属于间接控制方式。交叉耦合不依赖于电流反馈,通过外环PI调节器对线路潮流进行独立调节,因此具有较好的鲁棒性;交叉解耦通过电流环解耦,具有解耦完全的特点。单相接地短路实验体现出交叉解耦控制在三相不平衡状态下迅速限制潮流冲击分量的特点。通过实验波形和仿真分析,对交叉耦合与交叉解耦的控制性能特点予以了证实,并针对交叉解耦控制鲁棒性较差的缺陷,提出了PI控制器的智能化和线路参数在线辨识2条改进途径。     

考虑新型拓扑结构的统一潮流控制器五端功率注入模型

南京西环网中统一潮流控制器(UPFC)装置的串联侧变压器接入220kV铁北—晓庄双回线路,并联侧连接在临近的35kV燕子矶母线,这种新型拓扑结构对UPFC的系统级建模提出了更高的要求,既要考虑UPFC控制双回线路的特点,还要体现UPFC对并联侧母线及后续线路的影响。为此,文中提出了一种适用于新型拓扑结构的UPFC五端功率注入模型,在考虑串联侧控制双回线路且并联侧节点可灵活的情况下,基于注入功率法推导了该模型的数学表达式,并给出了PSASP软件下UPFC五端模型的潮流计算原理和实现方法。在该模型的基础上,进一步实现了UPFC串联侧双线控制策略,并基于南京UPFC工程实际数据进行正常运行状态和串联线路N-1故障的仿真计算,结果验证了该模型的准确性、灵活性和全面性。     

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。