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。     

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。     

基于背靠背 VSC-HVDC 电网间同期并列装置实现UPFC 的仿真研究

基于电压源型换流器(VSC)能够同时独立控制有功功率和无功功率的原理,对背靠背VSC-HVDC同期并网装置结构和统一潮流控制器(UPFC)电路主拓扑结构进行分析,提出一种基于功率传递方式实现电网并网与UPFC功能相结合的控制策略。电压源型换流器完成同期并网操作后,采用断路器状态作为特征信号闭锁并联侧和串联侧的换流器,通过相关电气设备的操作完成UPFC结构的转换,改变换流器控制策略以实现潮流调节功能。同一装置在不同模式下实现多种功能,提高了电力系统的稳定性和自动化程度,增加设备的使用率。本文利用PSCAD/EMTDC仿真软件验证了该方法的有效性和可行性。     

统一潮流控制器潮流模型及功率调节能力分析

随着电网规模和交直流混合系统建设工作的快速推进,UPFC应用研究又成为热点之一。针对UPFC的不同控制需要,开展了不同控制策略下UPFC控制特性分析及其对电网潮流的影响研究。首先,本文针对不同的UPFC控制策略,建立了相应的常规潮流方程的修改模型,实现了直接采用常规潮流程序计算含UPFC的电网潮流的方法;然后,通过含UPFC电网的潮流分析,剖析了UPFC的稳态调控性能及其对系统潮流的影响能力;最后通过典型数据验证了本文模型和方法的有效性,对实际电网中应用UPFC具有一定的借鉴与指导意义。     

An Approach to a Higher‐Power‐Density Power Supply for a 380‐V DC Distribution System

A methodology for realizing a higher‐power‐density DC‐DC converter has been proposed for a power unit installed in a 380‐V DC distribution system. The possibility of the converter design will be strengthened by using the series–parallel connection topology for isolated DC‐DC converters. A converter prototype with a power density of 10 W/cm³ has been fabricated, and the feasibility of the converter design has been confirmed experimentally. This result contributes to the realization of a highly efficient and highly space‐saving 380‐V DC distribution system. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 186(3): 51–62, 2014; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22494     

A 21‐level (line‐to‐line) BTB system based on series connection of 16 converter cells. Experimental verification by a 200‐V, 20‐kW laboratory system

A 21‐level (line‐to‐line) self‐commutated BTB (Back‐To‐Back) system based on series connection of 16 converter cells has attractive features as follows: (i) Both active and reactive powers can be controlled independently even in transient states. (ii) The BTB system produces almost sinusoidal voltage at the AC side without performing PWM (Pulse‐Width‐Modulation) control, so that no harmonic filter is required. (iii) The BTB system provides an active power reason as high as 3 ms. This paper presents experimental verifications of the self‐commutated BTB system intended for achieving power flow control in transmission systems. Experimental results obtained by a 200‐V, 20‐kW laboratory prototype confirm effectiveness and validity of both the system configuration and the developed control strategy. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 160(1): 61– 70, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20324     

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。     

Simulation study of unified power flow controller

The increasing complexity of ac power networks requires a high‐performance power flow control system in order to obtain the desired power flow and enhance static and dynamic stability. One of the most effective power electronic systems to satisfy these requirements is a UPFC (Unified Power Flow Controller) employing self‐commutated converters. This paper presents basic control strategies and simulation results for the UPFC using the EMTP (Electromagnetic Transient Program). The simulations were carried out for start and stop operations, power flow change operations in normal system conditions, as well as operations during system fault conditions. Thyristor‐based bypass switches are used for the protection of the series compensator of the UPFC from system fault currents, and satisfactory protection capability was confirmed. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 127(1): 23–30, 1999     

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     

采用直接电流控制策略的MMC-UPFC小信号模型

基于模块化多电平换流器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)大多采用直接电流控制策略,为分析采用该控制时UPFC接入后系统的小干扰稳定特性,针对一般的3节点拓扑UPFC,推导了其外环控制器、内环控制器、MMC和直流系统的小信号模型,并给出了UPFC输出电流的线性化方程。进一步地推导了传统2节点拓扑UPFC的小信号模型,同时给出了UPFC模型与系统其余部分的组合方法,建立了系统整体的线性化模型。最后,通过对一个2机测试系统进行时域仿真和模态分析,验证了所提小信号模型的正确性。     

基于直流潮流的UPFC优化配置研究

在电力系统中采用UPFC装置可以调节线路潮流分布以及改善经济成本,因此在输电线路规划中,UPFC优化配置问题有比较高的研究价值。在UPFC直流潮流模型基础上,忽略功率损耗和无功功率,以发电机的经济成本作为目标函数建立UPFC优化配置数学模型,并采用Big-M法对其非线性潮流方程进行处理。将混合整数非线性规划问题转化为适应更多求解器的混合整数线性规划问题,对统一潮流控制器在线路中的安装位置和容量进行寻优。在Matlab中利用算例进行仿真计算,验证了该模型和策略的正确性和有效性。     

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。     

含UPFC元件三相电力系统潮流模型和算法的研究

基于附加节点注入功率法,建立了统一潮流控制器( UPFC)在给定控制方式下的三相附加节点注入功率模型.在研究了UPFC 三相附加节点注入功率模型的基础上,运用三相解耦-补偿理论,对三相系统进行潮流计算.通过网络分析,说明了UPFC元件在改善系统的三相不平衡的作用.经算例仿真,验证了建立的UPFC三相潮流模型及运用算法的...     

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。     

计及UPFC的电力系统无功优化

以统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)为代表的灵活交流输电技术(flexible AC transmission system,FACTS)可实现传输功率的合理分布、优化系统资源,提高系统的稳定性和可靠性。该文基于内点优化方法,提出计及UPFC的无功优化模型,以系统有功网损最小为目标函数,采用UPFC电压源模型,将其作用等效为一系列电压和功率的约束,直接放到内点法的约束中,在不同的负荷运行方式下进行优化分析。在IEEE-30节点系统测试中发现,引入UPFC后系数矩阵的维数会有所增加,但不会影响其收敛性。算例就系统网损和电压指标对装设UPFC前后进行比较,并给出最优控制方案下UPFC的参数值。结果表明该方法是可行的、有效的,取得很好的效果。     

基于直流侧电容电压弱控制策略的UPFC二阶段控制器设计

在分析常用直流侧电容电压控制方法的基础上，确定了直流侧电容电压强控制的概念，并相应地提出了直流侧电容电压弱控制策略。该策略能够利用UPFC直流侧电容吸收部分暂态能量，从而加速故障后线路上潮流稳定过程。基于直流侧电容电压弱控制的概念，结合线性最优控制方法，给出了相应的弱-强二阶段控制器设计实例及仿真结果。仿真实验表明，在系统发生三相对称短路故障时，该控制策略能够迅速地稳定被控线路的潮流和UPFC接入点的母线电压。该文提出的直流侧电容电压弱控制方式可与任一成熟的UPFC控制策略共同工作，以达到进一步改善控制效果的目的。     

限流式统一潮流控制器的动态分析与实验

限流式统一潮流控制器(UPFC)是一种可以有效应对系统短路电流冲击的新型柔性交流输电系统(FACTS)装置。文中分析了系统短路时限流式UPFC的详细动态过程和限流工作原理,建立了故障下的数学模型。以系统限流指标、直流电容电压限值和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)电流限值3个条件为依据,给出了直流限流电感的计算方法和选取原则。100V/3kVA限流式UPFC实验装置平台的实验结果证实了限流动态过程分析的合理性和限流式UPFC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。     

基于断面负载均衡度的统一潮流控制器潮流优化控制方法

区域间断面的输电能力主要受限于重载通道的热稳极限,同时关键输电断面对于电网的安全稳定运行具有重要意义。文中提出一种针对断面输电能力受限和潮流分布不均的统一潮流控制器(UPFC)控制方法。定义了断面负载均衡度这一指标,为评估UPFC的潮流控制效果、UPFC对断面潮流分布的优化作用提供了可量化的指标。以江苏省苏州市500 kV UPFC科技示范工程为例,从三相永久性N-1故障、稳态运行和锦苏直流闭锁3种工况提出了相应的UPFC控制方法。仿真结果表明,基于所提指标的UPFC控制方法可以达到改善断面输电能力和潮流分布的目的,同时提高电网的安全稳定性。     

统一潮流控制器功率控制特性的分析

统一潮流控制器（UPFC）的控制规律的求取是UPFC装置实现其功能的关键,而研究UPFC的功率特性是解决UPFC控制问题的前提。本文通过控制量与被控制量之间灵敏度分析的方法,分析了UPFC的功率控制特性和多相UPFC功率特性间的相互影响,通过实际潮流计算结果和线性化后所得结果的数值比较,表明了所选取的UPFC的控制变量对电力系统的潮流控制作用趋向于线性。