泛在电力物联网框架下的新型UPFC系统

基于提出的建设泛在电力物联网的号召,利用统一潮流控制器（unified power flow controller, UPFC）实现物理层面上多条线路的紧密联系。由多个换流器串联接入到多条输电线路上,另外多个并联换流器连接到其他多个网络中,形成一个由换流器作为媒介的大型电力系统输电框架。在连接众多换流器的直流线路上,由储能电池作为有功功率支撑并联接入,共同组成泛在电力物联网框架下的新型UPFC系统。对新型UPFC系统进行数学建模,以对可再生能源的最大消纳能力和有功功率传输的最小成本为目标函数,用遗传算法进行求解。通过算例仿真验证了新型UPFC系统在增强有功功率传输极限、减少有功功率传输成本等方面的优越性。     

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。     

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。     

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。     

一种基于UPFC的安全稳定在线预防控制方法

目前UPFC示范工程中采用防止线路功率越限的控制策略,系统级控制策略尚需进一步研究完善。提出了一种基于UPFC进行安全稳定预防控制的方法,针对电力调度中心在线安全稳定评估中发现的预想故障安全稳定问题,在线路过载和母线电压越限控制灵敏度计算的基础上,获得UPFC线路串联端有功/无功潮流控制以及并联端无功功率控制值并下发执行。某实际电网的算例结果表明,该方法进一步拓展了UPFC系统级功能应用范围。     

UPFC/BESS接入大电网新能源系统的功率平衡跟踪控制

随着大规模新能源发电并网、大容量高效变流器等新技术的相继涌现,能源供需广域平衡对柔性交流输电技术提出了新的要求。为了解决波动性和间歇性新能源电力的消纳并网问题,平衡源、荷功率波动,增强系统稳定性和输电能力,提出一种新型的基于蓄电池储能系统(batteryenergy storage system,BESS)接入统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的装置UPFC/BESS。通过建立大电网新能源系统的数学模型和设计UPFC/BESS功率的短时平衡、中长期峰谷、陡升陡降控制策略的方法,得出UPFC/BESS能够在最严重功率失衡情况下动态平衡新能源系统有功和无功功率的结论。基于PSCAD/EMTDC平台搭建了含新型UPFC/BESS装置的仿真模型,仿真结果表明UPFC/BESS具有较强的有功调节和平衡能力,能快速调节源、荷的功率失衡,较好地平衡新能源电力的功率波动,对增强大电网功率安全裕度和降低电源备用容量的投资具有重要的意义。     

能量缓冲统一潮流控制器的协调控制技术

能量缓冲统一潮流控制器(ES-UPFC)是一种典型的柔性交流输电系统(FACTS)装置,它既可通过其串、并联侧对输电系统进行无功功率控制,又可通过其直流侧能量缓冲装置进行有功功率控制.这些控制要求使得整个系统协调工作的难度大为增加.文章通过研究三相换流器基本解耦控制方法,得到了UPFC串联、并联侧以及直流侧缓冲装置的控制方法,使得具有强烈非线性的UPFC控制方式更加快速、灵活和稳定,具有较强的鲁棒性,还提出了UPFC串、并联侧和能量缓冲器协调控制方法.该控制方法能够确保UPFC在各种运行模式下正确地工作,其工作的可靠性已为仿真实验所证实.     

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。     

统一潮流调节器实验装置的研究

描述了确定统一潮流装置(UPFC)参数的详细方法和步骤,按UPFC的功率模型确定了串联侧注入输电线路的电压幅值和相角、流过串联变换器的电流、并联侧变换器向系统注入的电流、串并联侧交换的有功功率、UPFC串联侧出口电压和并联侧接入母线电压的运行约束值.一套15kVA用于动模系统试验装置的基于EMTDC的仿真结果证明了在满足运行约束条件下,UPFC能快速有效的改善系统的电压和潮流.     

UPFC状态反馈精确线性化潮流控制策略

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)传统线性控制器的性能可能因运行点的大范围变化而恶化,针对该问题提出了一种基于微分几何状态反馈精确线性化理论的UPFC非线性潮流控制策略。通过选择李雅普诺夫型输出函数、适当的非线性坐标变换和状态反馈将UPFC的5阶非线性系统完全转化为一个线性系统,然后采用线性极点配置方法设计了UPFC内部潮流控制器。IEEE 118节点系统的仿真对比结果表明,所提UPFC潮流控制策略改进了传统PI控制近似线性化的缺陷,有效适应了UPFC控制范围的大幅度变化,在提高电力系统暂态稳定性方面的效果明显优于传统PI控制。此外,该控制策略设计过程可以应用于所有基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的柔性交流输电系统(flexibleAC transmission system,FACTS)装置。     

A Lyapunov theory based UPFC controller for power flow control

Unified power flow controller (UPFC) is the most comprehensive multivariable device among the FACTS controllers. Capability of power flow control is the most important responsibility of UPFC. According to high importance of power flow control in transmission lines, the proper controller should be robust against uncertainty and disturbance and also have suitable settling time. For this purpose, a new controller is designed based on the Lyapunov theory and its stability is also evaluated. The Main goal of this paper is to design a controller which enables a power system to track reference signals precisely and to be robust in the presence of uncertainty of system parameters and disturbances. The performance of the proposed controller is simulated on a two bus test system and compared with a conventional PI controller. The simulation results show the power and accuracy of the proposed controller.     

基于非线性变结构控制的统一潮流控制器对电力系统稳定性改善的研究

建立具有UPFC（统一潮流控制器,Unfied Power Flow Controller）的输电系统的动态数学模型.此模型的4个控制变量中,ψ2对系统稳定影响最显著.因此,文章结合非线性微分几何方法和变结构控制理论的优点,对ψ2控制向量进行了非线性变结构控制设计.同时也对m1,ψ1,m2控制向量分别进行线性控制设计.最后对单机--无穷大系统进行仿真分析.结果表明：具有非线性变结构控制的UPFC能更好地改善系统稳定性和鲁棒性.     

500kV统一潮流控制器提高大容量直流馈入系统电压稳定性的研究

500 kV统一潮流控制器作为一种新型的动态电力电子设备可用于控制受入通道的有功潮流,合理分配受端电网受入的电力;同时,统一潮流控制器又可同时作为动态无功设备为系统提供无功支撑。文章对含500 kV统一潮流控制器的大容量直流馈入系统展开电磁暂态分析,对交直流系统、统一潮流控制器以及相关控制系统进行详细PSCAD建模,并根据统一潮流控制器并联侧的动态特性设定无功响应策略。结果表明,统一潮流控制器可提升大容量直流馈入系统的电压稳定性,同时可缓解近区直流换相失败的情况。     

基于振荡能量下降原理的UPFC模糊控制器设计

研究了自适应统一潮流控制器(U PFC)模糊逻辑辅助阻尼控制器的设计方法。从振荡能量函数角度分析了U PFC安装线路的功率振荡特性,提出了以降低振荡能量为控制目标的阻尼控制策略。控制器以U PFC线路的功率为输入信号,通过对系统运行状态和控制效果进行评判,应用模糊规则自适应地调节控制参数,实现对系统功率振荡的有效抑制。控制器设计不需要系统的精确模型和参数。在10机新英格兰测试系统上的仿真研究表明,该控制器控制效果明显优于线性控制器,能有效抑制系统低频振荡,提高电力系统的动态稳定性水平,且具有较强的鲁棒性。     

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。     

基于连续潮流法分析UPFC对电力系统潮流的控制

统一潮流控制器（UPFC）作为一种典型的FACTS装置,综合了FACTS元件的多种灵活控制手段。采用基于功率注入法的统一潮流控制器（UPFC）稳态模型,结合连续潮流法分析了UPFC在电力系统中的潮流控制特性。最后算例表明,UPFC可以控制线路的潮流分布,有效地提高电力系统的稳定性。     

Augmentation of transient stability using a superconducting coiland adaptive nonlinear control

The very nonlinear nature of the generator and system behaviour following a severe disturbance precludes the use of classical linear control techniques. In this paper, a nonlinear adaptive excitation and a thyristor-controlled superconducting magnetic energy storage (SMES) unit is proposed to enhance the transient stability of a power system with unknown or varying parameters like equivalent reactances of the transmission lines. The SMES unit is located near the generator bus terminal in a power system. A nonlinear feedback control law is found which linearizes and decouples the power system. An adaptive control law is used to design the controller for the generator excitation and SMES system. Simulation results demonstrate that the proposed controller can ensure transient stability of a single-machine-infinite-bus system under a large sudden fault which may occur near the generator bus terminal