UPFC装置参数设计研究

设计了一套统一潮流控制器装置,确定它的装置容量后,按其功率模型确定了串联侧注入输电线路的电压幅值、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仿真结果证明了在满足运行约束条件下,本文所设计的UPFC能快速有效改善系统的电压和潮流。     

UPFC控制器的设计

采用功率模型描述含UPFC的网络方程,在该网络方程基础上并联侧采用电压控制/无功电流控制,串联侧采用自动潮流控制/电压注入的控制策略。提出了UPFC控制器物理实验装置的实现方案。仿真结果证明采用该方法,UPFC能快速有效地改善系统的电压和潮流。     

基于PSASP的UPFC潮流控制建模与仿真

为了将统一潮流控制器UPFC(unified power flow controlle)r嵌入到商业软件中,采用节点注入电流法建立了UPFC的潮流控制模型。该模型通过控制UPFC串联侧节点的注入电流和并联侧节点的无功注入电流来控制线路潮流和UPFC接入点母线电压,其中,串联侧节点的注入电流通过功率目标方程直接求取,并联侧节点的无功注入电流通过引入被控母线电压的参考值与实际值的偏差求得。基于电力系统分析综合程序PSASP(power system analysis software package)进行了算例研究,结果表明所建模型能有效实现UPFC的潮流控制作用,且具有较快的潮流追踪速度和较高的收敛精度。对其他FACTS(flexible AC transmission system)器件的控制建模具有一定的参考价值。     

基于PSASP用户自定义的UPFC潮流控制模型

为建立与电力系统分析综合程序（PSASP）相适应的统一潮流控制器（UPFC）潮流控制模型,提出一种解耦控制方法。串联侧分别采用串联注入电压的q轴和d轴分量控制线路传输的有功功率和无功功率,并联侧基于瞬时功率理论,采用并联侧电流的q轴分量控制UPFC并联接入点母线电压,通过改变UPFC与网络接口节点的注入电流实现UPFC的潮流控制目标。在国内某500kV电网上进行了潮流控制计算,计算结果表明,所建立的模型正确、可行,完全可用于含UPFC的实际电网的工程研究和分析。     

计及UPFC的电力系统网损优化控制研究

将统一潮流控制器(UPFC)等效为节点附加注入功率,控制变量增加了UPFC等值模型中串联电压源电压的幅值和相位,以及并联电流源电流的无功分量等控制参数,建立计及UPFC的无功优化模型。由UPFC控制参数与安装线路的电流和端点电压,推导出UPFC运行容量计算公式,结合UPFC价格与容量函数关系,确立UPFC参数与价格的数学关系,将其应用于无功优化研究,以收益最大为目标函数,分析UPFC的降损经济效益。以IEEE30节点系统为例进行仿真分析,结果表明,UPFC不仅具有良好的降损特性,而且获得的收益能够弥补自身价格昂贵的不足,具有实际应用价值。     

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。     

限流式统一潮流控制器参数设计及设计实例

限流式统一潮流控制器（unified power flow controller with fault current limiting,UPFC-FCL）可以在系统发生短路故障时有效保护UPFC侧装置不受短路电流的冲击而损坏.在结合限流式UPFC工作原理的基础上,给出装置参数的设计方法,根据最大补偿容量和额定电流确定最大补偿电压,从而确定直流母线额定电压,根据补偿容量指标确定滤波电感的取值范围,按照短路电流水平设计限流电感.依据上述设计方法给出了额定电压为10 kV,最大补偿容量为1 MVA的装置设计实例,确定了串联侧注入系统的最大补偿电压、直流母线额定电压、并联侧及串联侧滤波电感、限流器模块限流电感等.PSCAD/EMTDC的仿真结果证明了文中设计的有效性和实用性.     

UPFC控制器及其物理实验装置的设计

在详细分析含UPFC的网络方程的基础上,描述了并联侧采用电压控制/无功电流控制,串联侧采用自动潮流控制/电压注入的控制策略.并提出了UPFC控制器物理实验装置的实现方案.为保证控制系统的响应速度,在控制器的设计中采用DSP芯片.     

适用于新型UPFC拓扑的电力系统潮流计算方法

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以灵活控制和调节电力系统运行状态,具有广泛的应用前景。然而,现有含UPFC的电力系统潮流计算方法大多是针对UPFC串联侧和并联侧接于同一母线的结构,而UPFC并联侧与串联侧接于不同母线时的潮流计算方法还有待深入研究。推导了上述两种情况下UPFC对交流网络的节点注入功率及其偏导,并提出了可在已有潮流计算程序中实现的、适用于新型UPFC拓扑的电力系统潮流计算方法。最后,通过PSS/E算例验证了所提方法的正确性和在实际系统中的适用性。     

基于模块化功率注入模型的含UPFC电力系统潮流算法研究

文章对统一潮流控制器(UPFC)的稳态模型和含UPFC电力系统潮流算法进行了研究。运用模块化的建模思想,将UPFC的并联端、串联端等效为节点功率注入,将直流耦合关系抽象成串联端和并联端直流功率的代数方程,建立了UPFC的潮流控制模型。基于该模型提出了含UPFC电力系统潮流的交替迭代算法,在求解系统潮流方程时,将UPFC用等效节点注入功率等值,在求解UPFC潮流方程时,将系统用恒定电压源代替。算法在PSD-PF潮流程序中得到了实现,基于IEEE 9系统和南京西环网实际工程的算例验证了文中模型及算法的正确性和有效性。     

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。     

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。     

特高压直流接入背景下的UPFC系统级控制策略

为缓解特高压直流馈入受端电网后造成的多个交流输电通道紧张的问题,提高换流站交流母线暂态电压支撑强度和稳态调压能力,首先基于电网络理论推导了统一潮流控制器(UPFC)对输电线路电流、交流母线电压的控制灵敏度,分析了利用UPFC系统级控制功能(线路有功/无功潮流控制以及并联换流器无功功率控制)实现输电线路过载控制和交流母线电压调节的可行性。在此基础上,提出了一套特高压直流接入背景下的UPFC系统级控制策略,以监控系统运行参数并自动生成满足系统安全稳定约束的UPFC系统级控制指令值。最后,以锦苏直流落点附近的苏南500 kV UPFC示范工程作为仿真算例,验证了所提出的控制灵敏度分析的有效性和UPFC系统级控制策略的可行性。     

Real and reactive power coordination for a unified power flow controller

This paper proposes a new real and reactive power coordination controller for a unified power flow controller (UPFC). The basic control for the UPFC is such that the series converter of the UPFC controls the transmission line real/reactive power flow and the shunt converter of the UPFC controls the UPFC bus voltage/shunt reactive power and the DC link capacitor voltage. In steady state, the real power demand of the series converter is supplied by the shunt converter of the UPFC. To avoid instability/loss of DC link capacitor voltage during transient conditions, a new real power coordination controller has been designed. The need for reactive power coordination controller for UPFC arises from the fact that excessive bus voltage (the bus to which the shunt converter is connected) excursions occur during reactive power transfers. A new reactive power coordination controller has been designed to limit excessive voltage excursions during reactive power transfers. PSCAD-EMTDC simulation results have been presented to show the improvement in the performance of the UPFC control with the proposed real power and reactive power coordination controller.     

基于初值估算和潮流可控范围的UPFC潮流收敛特性研究

变流器电压初值不合理或潮流设定值过大,将导致含统一潮流控制器(UPFC)电网潮流收敛到实际不可行解,或超过串联变流器的电压约束范围。提出基于初值估算的两阶段潮流算法,根据第一阶段常规潮流结果估算串联变流器电压相角,将其作为第二阶段潮流初值,解决了潮流收敛性对变流器电压初值敏感的问题。利用拓展雅可比矩阵,建立UPFC串联控制变量对潮流控制目标可调范围的灵敏度模型,量化串联变流器电压对潮流控制范围的影响,避免因控制目标不合理引起潮流发散或串联变流器电压越限。算例结果验证了所提算法的可行性和正确性。     

Strategies for handling UPFC constraints in steady-state power flowand voltage control

The unified power flow controller (UPFC), with its unique combination of fast shunt and series compensation, is a powerful device which can control three power system parameters. In planning and designing such devices in power systems, power engineers must consider the impact of device internal limits on its performance. This paper develops a power injection model (PIM) based UPFC control approach to consider a number of internal limits imposed on the UPFC, including series injection voltage magnitude, line current through the series inverter, real power transfer between the shunt inverter and series inverter, shunt side current and shunt injection voltage magnitude. Constrained control strategies are proposed and tested on a 28-node test system. The numerical results illustrate the effectiveness of the proposed method     

Investigation of SSR characteristics of unified power flow controller

The unified power flow controller (UPFC) is the most versatile flexible ac transmission system (FACTS) controller which can be used to control active and reactive power flows in a transmission line in addition to the bus voltage. The active series compensation is provided by injecting series reactive voltage. The voltage at the two ports of UPFC are regulated by control of shunt current and series real voltage. It also has several operating control modes such as voltage and power regulation, line impedance compensation, etc. This paper presents the analysis and study of sub-synchronous resonance (SSR) characteristics of UPFC. The various combination of operating modes of shunt and series converters are considered for investigating their effect on SSR characteristics.The analysis of SSR with UPFC is carried out based on frequency domain method, eigenvalue analysis and transient simulation. The frequency domain method considers D-Q model of UPFC for the computation of damping torque for quick check in determining torsional mode stability. The study is performed on IEEE First Benchmark Model (FBM).