遗传算法在UPFC的PID控制器参数优化中应用

阐述了统一潮流控制器(UPFC)的原理及其控制器设计,采用串联侧输出电压、并联侧输出电流的横向分量和纵向分量为控制量,建立了比例积分(PI)控制时的系统方程.以含UPFC的单机无穷大系统进行仿真,结果表明UPFC可提高系统暂态稳定性.利用遗传算法对PID控制器参数进行优化,采用偏差绝对值对时间的积分性能指标作为最小目标函数,同时加入控制输入的平方项并引入惩罚功能,以防止控制能量过大和超调.仿真结果显示,参数优化后系统暂态过程变短,相关量的波动降低,进一步提高了系统的暂态稳定性能.     

含统一潮流控制器装置的电力系统动态混合仿真接口算法研究

提出了一种新的含UPFC装置的电力系统动态混合仿真接口算法，算法中对UPFC采用动态相量建模，对电力系统网络则采用成熟的机电暂态仿真。仿真中UPFC并联侧采用定交流母线电压控制和定直流电容电压控制，串联侧采用定线路潮流控制。文中推导了UPFC的动态相量模型，讨论了与网络机电暂态模型的接口算法。研究分析和算例仿真表明：使用动态相量建模可精确地仿真UPFC的电磁暂态（EMT）过程，且仿真速度快；文中所提混合仿真方案能保证较快的仿真速度和优良的仿真精度，具有较好的收敛性，且可用于含UPFC等FACTS装置的系统发生不对称故障时的暂态稳定分析。     

UPFC的外层控制器设计

根据UPFC分层控制设计原理,设计外层控制器为内层控制器提供参考信号,从而完成构建综合考虑内部动态和外部系统影响的UPFC控制体系。首先建立含UPFC的系统模型,并构造了修正能量函数。在此基础上基于控制Lyapunov函数法构造了外层控制器。在四川电网上进行的仿真表明,所提出的外层控制器能够有效改善川渝电网的动态性能,提高暂态稳定性。     

基于WAMS的UPFC装置的附加控制器设计

目前电网中的FACTS装置种类繁多,且受提取信息的限制,各装置多基于本地信息进行控制,从而设备间因缺乏协调配合必然会产生负交互影响。基于PMU装置测得的广域信息设计了UPFC的附加控制器,应用李雅普诺夫方法推导出附加控制器的主、辅控制策略,通过调节系统暂态能量函数的时间导数值和主发电机的转子速度,两者相互配合来增加抑制低频振荡的阻尼,从而提高含UPFC系统的暂态稳定性,并用PSCAD仿真验证了附加控制器的有效性。     

UPFC的内层控制器设计

提出了统一潮流控制器(UPFC)的分层控制的设计原理,旨在解决复杂电力系统中UPFC的控制律的设计及其实现问题。基于H∞控制理论,论文设计了能连续、快速和稳定跟踪参考信号的换流器的GTO或IGBT触发信号的鲁棒H∞内层控制策略。该控制律中的所有变量均为本地可测量、计算可得参数或装置本身参数,从而与系统的运行方式无关并不依赖电网参数。在多种工况下对UPFC进行的仿真结果表明所设计的鲁棒H∞内层控制器具有较强的鲁棒性以及良好的工程实用性。     

UPFC动态建模与最优控制研究

首先推导出了含UPFC单机无穷大系统的功率方程式，进而提出用二阶状态方程来描述UPFC 的动态行为，并设计了其最优控制系统。通过对某单机无穷大系统的暂态仿真，验证了该方 法的有效性。     

抑制区域间低频振荡的UPFC模糊滑模控制器

低频振荡是区域互联电力系统面对的重要问题。从暂态能量的角度对区域间低频振荡进行了分析,并以暂态能量函数下降为目标,分析了统一潮流控制器(UPFC)抑制区域间低频振荡的原理。进而设计了UPFC抑制区域间低频振荡的模糊滑模控制策略。该策略采用区域联络线电气量作为输入信号,构造滑模控制的切换函数,然后通过模糊控制器输出控制信号,改变UPFC串联侧输出电压,抑制低频振荡。该方法兼具滑模控制与模糊控制的优点,经四机两区域系统仿真分析,验证了所提抑制策略的有效性。     

UPFC控制策略的研究与性能分析

本文重点讨论了UPFC控制线路潮流的效果，提出了交叉解耦控制和交叉耦合控制。分析可知，在系统所有参数已知的条件下，采用交叉解耦控制的UPFC有最快的响应速度。而在传输线路参数不确定的情况下，采用交叉耦合控制的UPFC有最好的动态性能。最后实验结果表明两种方式控制的UPFC均有较好的潮流调节能力。     

UPFC的模型与控制器研究

考虑了两侧逆变器的脉宽和相角的控制输入,以五阶非线性微分方程组来描述UPFC的动态过 程,提出利用串联侧输出电压的横分量和纵分量以及并联侧输出电流的横分量和纵分量来分 别控制线路有功、线路无功、节点电压和直流侧电容电压,设计了UPFC的反馈控制系统。较 全面地仿真了UPFC在系统故障过程中的暂态特性以及UPFC 的功率控制和电压调节的性能, 分析了UPFC直流侧电容量、变压器电抗值以及UPFC 的控制参数对电力系统稳定性的影响。     

统一潮流控制器多时间尺度混合实时数字仿真

结合上海220 k V电网统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)示范工程,针对UPFC控制系统闭环测试,提出了UPFC装置多时间尺度混合的实时数字仿真试验方法,并在RTDS实验平台上进行了UPFC装置ns级开关暂态、ms级电磁暂态混合实时仿真。RTDS试验结果表明该UPFC装置具备良好的无功稳定输出能力,母线电压控制能力,并能独立控制线路有功和无功潮流,其阶跃响应时间小于30 ms。从而表明该UPFC控制系统具有良好的稳态控制及动态响应特性,验证了控制系统功能和性能的有效性。     

Power system damping enhancement using unified power flow controller (UPFC)

The Unified Power Flow Controller (UPFC) can inject voltage with controllable magnitude and phase angle in series with a transmission line. It can also generate or absorb controllable reactive power. UPFC is expected to be able to damp power system oscillations more effectively than power electronics devices such as SVG and TCSC. In this paper, a control system design of a UPFC for power system damping enhancement based on the eigenvalue control method is proposed. It is made clear that the best design method for the power system damping enhancement is to determine steady‐state values of the UPFC control variables and the control parameters of the UPFC such as gains and time constants simultaneously, because the controllability of UPFC depends on the steady‐state values of UPFC and the power flow condition. The effectiveness of the proposed control system taking into account UPFC inverter ratings is verified by digital time simulation. Furthermore the effects of the input signals to the UPFC controller on small‐signal stability and transient stability enhancement are studied, and it is made clear that UPFC controllers using global information are more effective for power system damping enhancement than those using local information because global information has stronger observability for power system oscillations than local information. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 133(3): 35–47, 2000     

统一潮流控制器的建模与控制研究综述

灵活交流输电系统（ＦＡＣＴＳ）技术是近几年来出现的一项新技术,统一潮流控制器（ＵＰＦＣ）是ＦＡＣＴＳ控制器中乞今最全面的控制器,可提供对传输线路参数（即电压、线路阻抗和相角）的全面动态控制,能够快速控制传输线路的有功和无功功率及母线电压。首先由考虑ＵＰＦＣ的电力系统潮流调节问题讨论了ＵＰＦＣ的建模,然后从控制角度综述了目前国内外研究ＵＰＦＣ的最新成果,概述了ＵＰＦＣ的各种控制策略,并分析了ＵＰＦＣ     

An Ideal Transformer UPFC Model, OPF First-Order Sensitivities, and Application to Screening for Optimal UPFC Locations

This paper presents a screening technique for greatly reducing the computation involved in determining the optimal location of a unified power flow controller (UPFC) in a power system. The first-order sensitivities of the generation cost with respect to UPFC control parameters are derived. This technique requires running only one optimal power flow (OPF) to obtain UPFC sensitivities for all possible transmission lines. To implement a sensitivity-based screening technique for guidance in optimally locating a single UPFC in a power system, we propose a new UPFC model, which consists of an ideal transformer with a complex turns ratio and a variable shunt admittance. In this model, the UPFC control variables do not depend explicitly on UPFC input and output currents and voltages. Accordingly, this model does not require adding extra buses for UPFC input and output terminals. IEEE five-, 14- and 30-bus systems were used to illustrate the technique     

UPFC动态模型在电力系统动态分析中的实现

在计及直流电容器动态的UPFC动态模型的基础上,引入交替迭代法实现 了UPFC动态模型与电力系统的接口。应用这种接口处理方法,对含UPFC的电力系统进行了动 态仿真分析。仿真过程中,UPFC的并联侧控制为定端电压控制和定直流电容电压控制,而串 联侧为定线路功率控制或定串联补偿控制。仿真结果表明在UPFC动态模型中计及电容器充 放电动态的必要性,以及接口算法的有效性。并且可以看出不同的控制系统下UPFC的控制性 能差别很大,反映了UPFC在系统中的应用效果对其控制系统的依赖性     

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。     

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。     

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。     

阻塞调度中统一潮流控制器控制参数的整定方法研究

提出一种在阻塞调度中UPFC控制参数的整定方法。针对调节线路潮流，把UPFC串联等效源的幅值和相位作为其在阻塞调度中的控制参数。采用逐步优化、分步调节来确定UPFC的控制参数：先固定相位参数，进行“横向”调节。在这种调节方式不能满足系统潮流调整需求时，再把幅值参数固定在限值，进行“旋转”调节，来充分发挥UPFC的潜力。每一步调节的过程可以表述为含有UPFC控制参数的优化潮流问题，采用非线性内点方法对其进行求解。最后用算例对该方法的可行性和有效性进行了验证。     

阻尼联络线低频振荡的UPFC两阶段控制方法研究

提出了一种新颖的阻尼联络线低频振荡的UPFC两阶段控制方案。第1阶段是阻尼控制:利用COI之间角速度的正、反向状态控制直流电容器的充、放电,使得联络线总的传输功率相应地减少、增加,从而进一步增加系统阻尼,快速平息振荡。给出了一种利用UPFC安装处的线路功率估算COI之间角速度的方法,估算结果准确。第2阶段是协调控制:第1阶段控制结束后,系统进入了新的稳态。此时利用控制理论中的相对增益矩阵(RGA)方法为UPFC在稳态条件下确定了多个控制通道之间耦合程度最为薄弱的最佳控制方案,使得UPFC潮流控制器、交、直流电压调节器之间实现了协调控制,从而使系统快速运行在所期望的稳态运行点。仿真结果表明,所提出的UPFC两阶段控制方案对阻尼区域模式低频振荡是有效、可行的。     

基于Normal Form方法的UPFC多个功能控制器间交互影响分析

统一潮流控制器(UPFC)的重要特点之一就是它具有的多控制功能,包括潮流控制、电压控制和稳定性控制等等。然而时域仿真研究表明统一潮流控制器的多个控制器之间可能存在着较强的交互影响。本文研究了规范型(Normal Form)方法用于分析UPFC控制器间的交互影响问题的可能性,并引入一非线性交互指标定量地指示出控制器间的交互强弱程度。所提方法应用到新英格兰10机39节点系统,并通过时域仿真验证了所提规范型理论分析方法的有效性。