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。     

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。     

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对电网潮流及电压支撑能力的研究

苏州南部电网的电力受季节变化潮流分布影响较大,在部分方式下断面存在"卡脖子"的现象,拟通过加装500kV统一潮流控制器(UPFC)来解决该问题。介绍了UPFC的应用现状,对UPFC在苏州南部500 kV电网的需求进行了分析、计算,论证了UPFC装置在潮流控制以及电压支撑方面所起的作用,结果表明,加装UPFC后,有效解决了该电网线路的输电瓶颈及直流双极闭锁后大面积的限负荷问题。     

统一潮流控制器在南京西环网的应用

首先介绍了统一潮流控制器（unified power flow controller,UPFC）在国内外理论研究和工程应用的发展和现状。接着具体阐述了南京西环网在发展中存在的输电通道能力不足、潮流分布不均等问题。通过与常规解决措施的对比,阐明了在南京西环网中应用UPFC提高电网输电能力及稳定性的可行性、必要性和必然性。经分析计算发现,通过应用UPFC,不仅能够有效控制电网潮流,提高现有电网的输电能力,从而避免投资巨大、实施难度极大的城市电缆输电通道建设,而且还能够很好地适应未来电网网架的变化。因此,在南京西环网甚至将来的江苏电网中,应用UPFC可以显著提高电网的输电能力、利用效率及运行安全性,能够取得良好的经济效益和社会效益。     

双级矩阵变换器在统一潮流控制器中的应用研究

根据统一潮流控制器的基本原理,结合双级矩阵变换器的优越电气性能,研究采用双级矩阵变换器实现统一潮流控制器的方案。对统一潮流控制器建立两相同步旋转dq坐标系下的控制动态模型,解决如何利用逆变级变换器注入电网的电压的d、q轴分量控制线路潮流;提出对逆变级变换器采用三环解耦控制,从而提高了系统的动态响应能力和稳定性;分析了双级矩阵变换器的拓扑结构及其双空间矢量控制策略和换流特点。构建了基于双极矩阵变换器的统一潮流控制器的仿真实验系统模型。     

上海电网220 kV统一潮流控制装置示范工程应用效果分析

结合上海特大城市电网特征和实际运行需求,分析了上海220 kV电网加装统一潮流控制器装置(UPFC)的必要性。确定了UPFC示范工程合理的选址方案,提出了220 kV蕴藻浜站UPFC示范工程的电气主接线、主设备参数以及控制策略。基于实时闭环仿真平台研究了加装UPFC对上海电网的影响。通过仿真验证了UPFC示范工程在提升电网传输能力、改善电网电压稳定性、实现分区无功就地平衡等方面的多重应用效果。     

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。     

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。     

500 kV苏南UPFC控制功能研究及性能试验

为解决苏州南部500 k V电网供电能力提升、特高压直流功率消纳等问题,投运了世界首套500 k V统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)工程。本文针对苏南500 k V UPFC工程应用情况,结合电网潮流调节需求分析,梳理了UPFC系统关键控制性能指标及控制功能要求,并在工程系统试验期间对相关的控制功能和性能进行重点测试,主要包括:苏南UPFC工程稳态控制精度、动态响应指标等基本性能指标,以及N-1紧急功率控制、电网故障UPFC闭锁及自动重启动控制的功能和性能等,用于检验UPFC控制能力及运行效果,并为后续工程建设、标准规范制定累积了重要实践经验和数据。     

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。     

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。     

含统一潮流控制器输电线路断路器保护研究

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)作为一种功能强大的柔性交流输电设备,目前在国内电力系统中得到进一步推广并逐步应用在500 k V电压等级系统中,含UPFC输电线路在一个半接线方式下的断路器保护将面临新的应用问题。文中结合苏州南部电网500 k V UPFC示范工程实施,分析500 k V含UPFC系统对于断路器保护装置特殊功能需求,针对不同接线方式提出断路器保护适应性解决措施,指出不一致运行状态下断路器保护与UPFC控制保护配合策略,可有效避免断路器保护带UPFC重合闸的情况,从而为UPFC接入后系统稳定可靠运行奠定基础。     

计及统一潮流控制器的电力系统状态估计

应用灵活交流输电系统（FACTS）技术可对电力系统潮流进行灵活控制,从而充分发挥现有电力系统的潜力,其中统一潮流控制器（UPFC）是FACTS的重要组件之一。基于传统状态估计模型,通过利用UPFC的功率注入模型,将它对于状态估计的作用转移到所在线路的量测节点上,提出了计及UPFC的状态估计模型。该方法可以完整计及UPFC对电力系统的影响,同时能有效利用原有的状态估计算法程序。算例表明所提出的模型有效、可行,具有一定的实用价值。     

苏南500 kV统一潮流控制器保护系统及动作结果分析

苏南500 kV统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)工程是目前世界上电压等级最高、容量最大的统一潮流控制器工程,用于解决苏州南部电网潮流分布不均、断面超限、无功支撑能力不足等问题。本文概述了苏南UPFC的工作原理及保护配置方案,对典型故障点的保护动作结果进行了阐述说明,为今后更高电压等级的柔性输电系统保护研究提供了参考。     

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。     

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。