基于多FACTS的网侧协调阻尼控制机理研究

柔性交流输电装置(flexible AC transmission system,FACTS)在提升电网安全稳定和运行效率方面发挥着重要的作用。随着柔性交流输电装置在电力系统中的广泛应用,研究系统中多FACTS的协调控制机理对于实现系统的协调阻尼控制具有重要的理论价值和现实意义。针对实现多FACTS协调控制过程中遇到的交互影响问题,提出基于选择模式分析(selective modal analysis,SMA)和多变量频域控制理论的多FACTS交互作用机理分析方法,通过SMA实现多FACTS交互作用的有效特征量提取,进而通过多变量频域控制理论推导出多FACTS间的交互作用关系和发生条件,并在此基础上揭示多FACTS间交互作用机理。研究结果表明:处于多机系统同一电力区域中的多台FACTS阻尼控制器间存在相互制约的关系,当控制器参数满足负交互条件时会发生比较明显的负交互作用,严重时甚至威胁系统的安全运行,当控制器参数满足协调运行条件时才能保证多FACTS间的协调运行与控制。通过仿真验证了文中机理研究的正确性以及在实际电网中应用的可行性。     

基于极大极小值原理的UPFC控制器设计

统一潮流控制器(UPFC)是一个多功能柔性交流输电系统(FACTS)装置,而电力系统的运行条件经常变化,如何协调设计UPFC的多控制通道并确保电力系统大范围稳定是一个难点。文中以特征值尽可能位于远离虚轴的左半平面为目标函数,将阻尼控制器的参数优化问题转化为一个极大极小值优化问题,并通过一种两种群遗传算法加以求解,以适应电力系统运行条件的大范围变化。与传统的控制器设计方法相比较,文中所提出的方法具有设计简便、智能化程度高、控制器适应性好的优点。以新英格兰测试系统为例,设计了UPFC控制器以抑制系统中可能发生的低频振荡。时域仿真结果表明基于极大极小值原理设计的UPFC控制器能适应宽广运行条件的变化,确保系统的大范围稳定。     

基于多FACTS的网侧阻尼协调控制量化指标研究

研究多变量系统等效开环过程(effective open-loop process,EOP)理论在电力系统多柔性交流输电装置(flexible AC transmission system,FACTS)协调控制量化分析中的应用,并提出基于EOP的多FCATS阻尼控制器交互作用分析方法及量化指标。推导电力系统阻尼控制框架下的 EOP,在此基础上建立用于多FACTS阻尼控制器分析的阻尼控制等效开环过程(damping control effective open-loop process,DCEOP)。提出基于 DCEOP 谱半径和多变量 Nyquist 推广定理的多FACTS阻尼控制器交互影响分析方法,可以判断系统中是否存在多FACTS阻尼控制器的负交互作用。进一步推导并提出基于DCEOP的多FACTS交互风险因子和交互作用因子,实现了多FACTS阻尼控制器协调控制及交互作用的量化分析。最后,通过算例分析验证了所提方法的正确性以及在实际电网中应用的可行性。     

计及反馈信号时滞影响的广域FACTS阻尼控制

随着同步相量测量单元(PMU)在电力系统中的广泛应用,开展基于广域测量系统(WAMS)的广域控制的研究具有重要的理论和实际意义。由于远方反馈信号的时滞影响,基于广域信号的闭环电力系统将是一个典型时滞微分动力系统。针对这种时滞微分动力系统,该文提出了一套基于线性矩阵不等式(LMI)理论的广域FACTS阻尼控制器的设计方法。对于高维、时滞电力系统,首先应用Schur降阶算法进行降阶处理,然后在降阶系统上应用LMI理论和遗传算法设计了具有最大允许时滞的广域FACTS控制器,以提高互联电力系统对反馈信号时滞的不敏感性。并将所提出的方法应用于广域SVC控制器的设计。时域仿真结果表明:当考虑反馈输出信号的时滞后,所设计的广域FACTS控制器仍能有效地阻尼10机39节点新英格兰测试系统中的低频振荡。     

基于统一潮流控制器(UPFC)的电力系统潮流控制

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.基于UPFC的基本原理、数学模型,介绍具有UPFC的电力系统的潮流计算方法.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.     

利用并联储能型FACTS抑制特高压互联电网功率振荡

大电网互联容易造成电力系统低频振荡,随着我国电力系统规模的不断扩大,区域间低频振荡限制了互联系统间的输电能力,并危及到电力系统安全运行。因此针对互联系统的弱阻尼问题,首先比较了目前抑制低频振荡的常规措施,而特高压交流线路上出现的约0.13 Hz的超低频振荡现象利用有限的电力系统稳定器(PSS)难以抑制,故采用并联储能型柔性交流输电系统(FACTS)装置进行抑制。通过分析并联储能型FACTS装置抑制低频振荡的机理,根据相角补偿原理设计了并联储能型FACTS装置的附加阻尼控制器,并在电力系统分析综合程序(PSASP)环境下进行仿真计算。仿真结果表明,含附加阻尼控制器的并联储能型FACTS装置能有效抑制特高压交流线路的功率振荡,可以增强互联系统阻尼比,能够提高华中电网和华北电网联网的稳定水平。     

储能技术及其在电力系统稳定控制中的应用

基于储能原理的稳定控制装置通过向电力系统提供系统不平衡有功和无功功率的补偿可以有效地提高交流输电系统的稳定性。详细分析了这类控制装置的工作原理，并建立了其数学模型。在此基础上，进行了特征值和时域仿真分析，以探讨其工作特性。作为应用实例，较详细介绍了两种基于不同储能原理的电力系统稳定控制装置，一种是基于超导磁储能原理的电力系统稳定控制装置；另一种是基于飞轮储能原理的电力系统稳定控制装置。基于超导磁储能原理的电力系统稳定控制装置由超导磁体、电力电子变换装置和相应的控制系统组成。文中研究了该装置向小扰动情况下的大型互联电力系统低频振荡提供阻尼和在大扰动情况下增强系统暂态稳定性的能力。此外，还介绍了作者研制的基于超导磁储能电力系统稳定控制装置的样机，并在实验室环境下进行了控制装置的特性试验。对于基于飞轮储能的电力系统稳定控制装置，介绍了控制装置的基本原理和系统构成，并用数字仿真的方法对其工作特性进行了分析，得到了满意的结果。     

基于FACTS技术的互联电力系统潮流控制

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。 文中首先将互联电力系统中FACTS装置潮流控制的协调归结为 优化问题,并针对该问题的特点应用遗传算法 对其进行求解。利用所提出的方法可确定互 联电力系统中任意线路的最大潮流调节范围。算例表明,所提 算法对分析系统中有多个FA CTS装置的潮流控制特性十分有效。     

FACTS装置用于电力系统稳定控制的综述

从电力系统稳定控制出发,分析了FACTS控制器的特点,根据控制器设计过程对电力系统信息提取和综合途 径的不同,将FACTS装置的稳定控制策略分为基于系统内部结构、基于系统 外部特征及综合智能控制三种方 式,并概述了各种控制策略研究中所应用的稳定控制手段以及发展方向。     

提升系统阻尼的多STATCOM阻尼控制器协调控制研究

柔性交流输电装置(flexible AC transmission system,FACTS)在提升电网安全稳定和运行效率方面发挥了重要的作用,研究多FACTS控制器间的交互影响及协调控制方法具有重要的现实意义。研究多静态同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)在提升系统阻尼方面的协调控制问题,并针对多个STATCOM阻尼控制器之间存在的负交互影响,提出一种基于模式自适应直接搜索(mesh adaptive direct search,MADS)算法的多STATCOM阻尼控制器协调控制方法,该方法使用频域设计思想保证了控制器多运行方式下的鲁棒性,同时使用MADS算法保证多控制器的协调运行能力,最终实现多台STATCOM阻尼控制器的协调运行与控制。仿真结果验证了该方法的正确性以及在实际电网中应用的可行性。     

抑制区域间低频振荡的FACTS阻尼控制

随着电力系统规模的不断扩大,区域间低频振荡正成为限制电网传输能力的瓶颈。对少数发电机组安装PSS来抑制区域间低频振荡很难有好的效果。但FACTS因其安装地点的灵活性及良好的动态性能而给抑制区域间振荡提供了新的手段。为此,利用相角补偿原理,设计控制器持续减小区域间的振荡能量,以此来实现区域间阻尼控制。以SVC为例详细说明附加阻尼控制器的设计,通过PSASP软件下的仿真结果表明,具有附加阻尼控制作用的SVC能有效地抑制区域间低频振荡。另外,对其它几种常用的FACTS器件也设计了阻尼控制器,并同样通过了PSASP下的仿真验证,阻尼效果很好。以上结果证明利用FACTS可实现区域间低频振荡的阻尼控制。     

四种FACTS装置对改善风光互补系统稳定性的研究

新能源的接入对电力系统稳定性的影响越来越大。FACTS装置在工频下快速调节系统基波潮流来提高系统输送能力和稳定性。对4种典型FACTS装置接入风光互补系统的原理和动态特性进行比较研究, 同时考虑互联系统联络线传送功率、风光互补系统出力等工况影响,设计了附加功率振荡阻尼控制器,通过反馈控制来调节装置可控的系统电气参量,起到阻尼低频振荡的作用。最后,针对算例系统进行了仿真计算,结果表明:UPFC和STATCOM在提高系统机电振荡模式阻尼比、抑制系统低频振荡方面性能优于SVC和TCSC,特别在其并联侧附加阻尼控制器后,能明显降低系统振荡幅度,提高系统稳定性。     

链式静止同步补偿器自适应反步控制器

针对链式静止同步补偿器(STATCOM)系统非线性特性,提出一种链式STATCOM自适应反步控制器。该控制器采用反步法的递归思想获得链式STATCOM的虚拟控制输入,并根据确定性等价原理设计系统的中间控制率,利用该中间控制率完成电压控制器设计。通过中间控制率和实际控制率的偏差量构造系统的李雅普诺夫方程,利用李雅普诺夫的渐近稳定性原理,获得能够保证链式STATCOM系统稳定的控制输入和系统参数的自适应率。实验结果进一步验证了所设计自适应反步控制器的正确性和有效性。     

STATCOM抑制低频振荡及稳定电压在风电场中的应用研究

连接到电网的大型风电场将影响系统的稳定性,因此,提出了一种结合阻尼支持和电压稳定的STATCOM附加控制方法。首先分析了STATCOM提供阻尼转矩和保持电压稳定二者的相互影响机理并提出基于自抗扰的控制方法,然后通过协调优化算法,对控制器的相关参数进行了优化设计,在保证稳定电压的同时有效抑制了低频振荡。典型的4机2区域系统由Digsilent平台搭建,并进行了仿真研究实现电压控制和阻尼控制的协调,更好地抑制了系统振荡并提高系统稳定性。     

FACTS元件在AVC系统中的交互影响及协调应用

随着柔性交流输电（FACTS）技术的典型应用,静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM）在电网中的应用越来越广泛。将可以实现连续调节的FACTS元件统一纳入到电网电压无功控制系统中,对于离散调节的AVC系统无功调节起到了弥补的作用,使系统保持足够的可调无功储备,提高了电网运行的安全性。相应地对于不同FACTS元件在电压无功控制系统中的交互影响及协调应用则是一个重要的课题。笔者提出了基于＂离散设备优先动作,连续设备精细调节＂原则的3级协调控制策略：采用AVC系统将变电站内电容、电抗及各种FACTS元件统一纳入控制体系,并简单分析了STATCOM控制器在控制系统中的交互影响（时间分级上及空间分区上）。最后通过仿真对提出的控制策略进行了验证,仿真显示系统具有良好的动静态性能。     

STATCOM与发电机励磁非线性控制器设计

提出了一种有利于进行控制设计的STATCOM模型.采用直接反馈线性化、零动态原理,设计了STATCOM无功电流与发电机励磁非线性控制器,该控制可以同时满足发电机励磁与STATCOM装设处电压的稳定性.对单机-无穷大系统进行了数字仿真,结果表明该控制器具有很好的实用效果和优越性.     

风电场中STATCOM抑制系统功率振荡

含虚拟惯量控制的风电场给系统的小干扰稳定带来了新的影响,在此背景下,研究利用风电场配置的静止同步补偿器(STATCOM)附加阻尼控制对电力系统低频振荡的抑制。利用阻尼转矩法分析了虚拟惯量控制对风电并网系统阻尼特性的影响,提出利用风电场中配置的STATCOM增强系统动态稳定的控制策略。基于自抗扰理论设计了STATCOM附加阻尼控制器,以改善系统阻尼特性。基于DIg SILENT平台搭建典型的4机2区域系统进行仿真,仿真结果验证了具有附加自抗扰阻尼控制作用的STATCOM能有效地阻尼系统功率振荡。     

UIPC与STATCOM联合改善风电并网系统电压稳定性

针对由风电出力不稳定性和间歇性所导致的电压不稳定的问题,本文充分结合FACTS技术的优点,提出一种将统一相间功率控制器(UIPC)和静止同步补偿器(STATCOM)联合起来,应用于风电并网系统中的方法,以改善风电并网系统的暂态电压稳定性。该方法是在风电场与电网的连接线上串联统一相间功率控制器(UIPC),将STATCOM并联在风电场的母线上;利用UIPC调节风电场与电网之间的功率的流动,并在系统发生短路故障时限制短路电流,以此降低故障发生时母线电压跌落的程度,同时使用STATCOM进行无功补偿,使电压得到及时的恢复。本文通过建立相应的仿真模型,利用UIPC和STATCOM对风电并网系统电压稳定性进行联合控制,结果表明该方式在风电并网系统中会使系统电压暂态稳定性得到极大的加强。     

统一潮流控制器(UPFC)对次同步振荡的影响及抑制策略

FACTS等快速控制装置在一定条件下可能激发电力系统的次同步振荡问题,导致发电机轴系失稳,造成重大事故,危害电力系统的安全稳定运行。UPFC作为一种新型FACTS元件,虽然能实现母线电压控制和线路有功、无功功率的调节,但对次同步振荡影响的研究较少。同时,目前的UPFC阻尼控制器多针对低频振荡模态。故在搭建UPFC模型的基础上,运用测试信号法,研究了系统运行参数和UPFC电压有功控制等对次同步振荡的影响,并设计了相应的UPFC附加阻尼控制器。在IEEE第二标准测试系统上的计算机仿真说明,该控制器能有效提高多个扭振模态的电气阻尼,抑制系统的次同步振荡。     

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.