基于串补电压最小的双电源配电环网潮流优化控制方法

针对双电源配电环网两端出力不均问题,初步提出采用统一潮流控制器进行出力调节的方法。分析了双电源配电环网潮流控制规律,推导出以负荷节点电压偏移以及合环馈线功率输出极限为约束条件、串联补偿电压最小为目标的潮流优化控制策略。仿真结果表明,在满足约束条件的前提下,采用该策略能够在一定程度上按预期目标均衡两侧有功出力。     

基于串补有功最小的双电源配电环网潮流优化控制策略的研究

双电源配电环网是实现配电网故障无缝自愈进而有效解决短时停电问题的基础,但配电环网中潮流呈自然分布且缺乏有效的调节手段。利用统一潮流控制器（UPFC）对双电源配电环网潮流控制方法进行研究。基于配电环网潮流分布与潮流控制规律,以负荷节点电压偏移与合环馈线功率输出极限为约束条件,推导出在功率调节量一定时UPFC输出有功功率最小的潮流优化控制策略。该方法能够在满足潮流灵活调节的前提下保证UPFC应用的经济性。针对两端出力不均的情况建立了双电源配电环网仿真模型,仿真结果证明了该方法的有效性。     

一种配电网多线路混合式统一潮流控制器

为适应配电网多线路的潮流调节需求,进一步提高潮流调控能力和响应速度,文中提出一种新型配电网多线路混合式统一潮流控制器(multi-line hybrid unified power flow controller for distribution network, D-MHUPFC)。D-MHUPFC由Sen变压器、统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)和混合式有载分接开关组成,能够快速调节配电网多线路潮流。相较于传统调节方式,D-MHUPFC具有结构紧凑、响应快速、经济性好和可靠性高等优点。文中结合ZIP负荷模型,推导计及D-MHUPFC的多线路潮流方程,优化其协同控制策略,并搭建10 kV配电网仿真平台验证其可行性。结果显示,D-MHUPFC及其控制策略能在0.15 s内快速调节多线路潮流,转移过载功率,提高断面输电极限。D-MHUPFC能够解耦控制有功功率和无功功率,补偿误差小于1%,具有和UPFC相当的潮流调节能力。     

电力潮流灵活控制技术应用综述

统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)、静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator, SSSC)、可控串联补偿装置(thyristor controlled series compensation, TCSC)和移相器(phase-shifting trans former, PST)能够调节线路参数、灵活控制潮流变化,均已在国内外电网中实现工程应用,对均衡输电通道潮流、提升供电能力有重要作用。文中对UPFC、SSSC、TCSC和PST的理论研究和工程实践进行了综述。首先,分析了4种潮流控制装置的基本结构和控制原理,并介绍了国内外已投运工程的运行情况;其次,从结构、换流器技术、选址定容、控制策略、故障保护5个方面对潮流控制装置的关键技术研究现状进行概述;最后,展望了潮流控制装置在未来电网中的典型应用场景,并对潮流控制技术的研究方向进行了分析。     

关于多特征自变量调节的含UPFC电力系统的潮流变化率特性

含统一潮流控制器(UPFC)的电力系统潮流变化率或调节效率主要由UPFC输出的串联侧嵌入电压(OSIV)的幅值和相角以及系统相角差所决定。选择这3个变量作为系统潮流调节的特征自变量(CIV),以含UPFC双端电力系统的实际电路为背景,推导了系统不同关键节点处关于每个CIV的有功与无功潮流变化率数学模型。以系统潮流调节自由度和调节效率为依据,对系统潮流变化率的调节特性进行了理论分析。设置了多种典型系统运行工况,基于OSIV幅值和相角的2种递增变化组合方式设计了2种潮流变化率调节模式,并设计了关于系统相角差的多种典型调节场景。最后,对系统每个关键节点处的关于每个CIV的潮流变化率特性进行了案例测试与分析,所得结论有利于综合协调潮流调节效率与系统保护及稳定性的要求,使电网既高效又稳定地运行。     

基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器桥臂电容电压平衡控制策略

建立了基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的详细数学模型,讨论了串联式接入系统和并联式接入系统对MMC内部特性的影响,结果显示串联式接入更易出现上下桥臂电容电压不平衡现象;探讨了低频环流的本质,揭示了单相系统功率与环流的关系,得到通过控制桥臂电容电压可抑制低频环流的结论。以理想工况下桥臂电容电压为控制目标,设计了基于基频和负序二倍频旋转坐标系的电压平衡控制器,该控制器可同时适用于并联侧和串联侧。RTDS仿真结果证明在最近电平逼近调制下所提控制策略可有效控制桥臂电压平衡,并能抑制负序二倍频环流。     

含电压源型换流器直流电网的交直流网络潮流交替迭代方法

随着电压源型换流器(VSC)及基于VSC的并联型直流电网的不断发展,未来电网会形成含VSC的多直流母线、多直流联络线和多直流负荷的交直流网络。文中分析了VSC的稳态模型及其控制方式,详细推导了含VSC直流电网的交直流网络稳态潮流模型,研究了不同控制方式直流电网的潮流求解方法。在此基础上提出了一种通用交直流网络潮流交替迭代方法,该算法根据VSC换流站的不同控制方式在交流侧和直流侧解耦等效,先进行直流电网潮流迭代,后进行交流电网潮流迭代,二者交替计算直至直流电网、换流站和交流电网全部收敛。算法适用于不同的直流电网控制方式且考虑了直流变量约束条件和运行方式的合理调整。最后在改进的IEEE 57节点交直流电网上,验证了所提出的交替迭代方法的有效性和准确性。     

电压源型换流阀在绝缘型式试验下电场仿真计算

模块化多电平电压源型换流器作为柔性环网控制器和统一潮流控制器(UPFC)系统中的关键设备,其运行的可靠性直接影响到整个系统的安全稳定运行。文中以应用于柔性环网控制器及苏南500 k V UPFC工程的换流阀作为研究对象,采用PTC Creo 3D与Ansys混合建模技术,建立了换流阀塔的三维模型,详细计算了换流阀塔在绝缘型式试验下的电场分布。计算结果表明:换流阀塔对地空气间隙、层间空气间隙以及换流阀塔的外表面的空气介质等绝缘强度都能满足换流阀绝缘型式试验的要求,保证换流阀的安全可靠运行。     

多馈入电压源直流对配电网稳定性的影响分析

针对多馈入电压源直流连接受端系统的输电方式问题,设计了基于有功功率和交流电压调节的电压源换流站控制器,并采用特征值方法分析控制对于系统稳定的影响。为验证控制方案的合理性,利用PSCAD/EMTDC平台进行了仿真研究。仿真结果表明,该方案可以实现多馈入电压源直流输电技术对受端系统的有效供电,并具有良好的控制效果。     

基于准Z源网络的高增益模块化多电平谐振直流升压变换器EI北大核心CSCD

针对目前模块化多电平直流变换器(modular multilevel DC-DC converter,MMDC)在工程应用中轻型化、高增益等需求,该文提出一种适用于中小功率新能源接入场合和柔性直流输电系统的单向非隔离型高增益谐振MMDC拓扑及其调制与控制策略。其子模块电容和桥臂电感发生串联谐振,工作在谐振状态。所提变换器特点在于:1)由准Z源网络、上桥臂和下桥臂三部分组成,正常运行时,上、下桥臂投入子模块数恒定,以保证高压直流侧输出电压的稳定;2)结合提出的子模块交替投切调制策略,可实现子模块电容电压自均衡;3)变换器下桥臂大功率子模块可实现软开关运行,具有较小的开关损耗及电磁干扰。详细分析所提变换器的拓扑结构、工作模态、功率流动、控制和参数设计,仿真和实验结果验证所提变换器拓扑和控制算法的有效性。     

基于统一潮流控制器的配电环网潮流优化控制策略

双电源配电环网是实现配电网故障无缝自愈、有效解决短时停电问题的基础,但配电环网中潮流呈自然分布,且缺乏有效的调节手段,统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可对环网潮流进行控制,但需突破其经济性瓶颈.为此,在调节功率一定时,以负荷节点电压与环网两端馈线出力极限为约束条件,分别以 UPFC 输出的有功功率和视在功率最小为目标,提出了潮流控制策略.仿真结果表明2种优化控制策略能够满足配电环网潮流调度要求,且兼顾了 UPFC 应用的经济性     

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。     

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。     

考虑直流固态断路器通态压降的低压直流配电网最优潮流

在直流固态断路器的实际应用中发现,其通态压降将对低压直流配电网的系统潮流产生不可忽略的影响。因此,文中对考虑直流固态断路器通态压降的低压直流配电网最优潮流(OPF)问题进行研究,建立了只包含连续变量的直流固态断路器稳态模型,从而可以方便地使用现有方法对该问题进行求解。通过RT-Lab仿真实验和对不同电压等级直流配电网的潮流分析可知,对于低压直流配电网而言,直流固态断路器的通态压降不可忽略,否则将导致较大的电压、功率计算误差,严重时将影响系统运行安全。此外,基于RT-Lab仿真平台,分别在考虑和不考虑断路器通态压降的情况下,对低压直流配电网OPF指令的控制效果给予验证。仿真结果表明,在低压直流配电网OPF中,考虑直流固态断路器的通态压降是必要的,并且所得到的指令可较为可靠地控制系统状态使其维持在可行域范围内。     

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.     

统一潮流控制器附加阻尼抑制次同步谐振的理论与仿真

随着串联电容补偿输电的推广应用,中国电力系统面临着严峻的次同步谐振(SSR)问题。针对SSR问题,文中基于采用电流控制模式的统一潮流控制器(UPFC),提出了一种UPFC附加阻尼控制抑制SSR的方法;首先选择了附加阻尼控制信号接入UPFC控制器的位置,然后设计了UPFC附加次同步阻尼控制器(SSDC),并推导了其抑制系统SSR的机理,且所设计的SSDC采用了模态分离控制以达到抑制多模态SSR的目的。最后,综合利用复转矩系数和时域仿真的方法,对所设计的UPFC装置SSDC抑制SSR的有效性进行了分析和仿真。结果表明,所设计的SSDC在有效抑制SSR的同时,不会影响系统和UPFC装置的正常运行。     

双电源故障无缝自愈配电环网潮流优化控制方法

在分析双电源故障无缝自愈配电环网供电系统的基础上,考虑网络有功损耗与节点电压偏差,提出了一种基于统一潮流控制器(UPFC)的配电环网潮流综合优化控制方法。分析了配电环网潮流最优分布规律,得出了网络有功损耗、负荷节点电压偏移与UPFC产生的串联补偿电压之间的内在关系。分别构建了网络有功损耗隶属函数与节点电压偏移隶属函数,用以表征各自偏移最优目标的程度;根据关注程度确定二者的权值进而得到了综合优化目标函数,最后通过全局最优化方法实现对串联补偿电压求解。建模仿真结果表明,该环网潮流综合优化控制方法能够均衡两侧出力,有效控制所有节点电压偏差与网络损耗,为故障无缝自愈技术的实现奠定基础。     

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。     

基于潮流计算的配电网最大供电能力模型

现有文献计算配电网最大供电能力(total supply capability,TSC)的方法均未计及线路潮流引起的电压降落和网络损耗,其结果准确性应用于实际运行还存在一定难度。为解决这一基础性问题,首先提出基于潮流计算的TSC模型,精确计及了电压降落和网络损耗。该模型基于馈线间互联关系建立,其计算结果能精确到馈线负荷,同时考虑了主变N-1故障和馈线N-1故障。其次,针对该含有迭代的非线性规划模型,提出一种基于前推回推的迭代和广义梯度法的求解方法。最后,通过算例对比所提方法与现有文献方法,并利用N-1安全校验仿真来验证。结果表明,所得TSC 结果更为准确,为TSC理论的应用从规划向运行提供了参考。     

中低压直流配电系统的分散式统一控制策略

中低压直流配电系统由中压直流母线、低压直流母线、直流变压器等组成,具有多电压等级、多直流母线、多变换器的特点,系统的运行方式与协调控制策略更加复杂。文中以中低压直流配电系统为研究对象,提出了一种基于直流母线电压信号的分散式统一控制策略。直流母线上的光伏发电单元、储能单元、燃料电池单元均采用分散式控制策略,根据直流母线电压调整各自的工作模式。直流变压器采用统一控制策略,集功率控制、中压与低压直流母线电压调节功能于一身,直流变压器根据中压与低压直流母线电压偏差的标幺值,自动调节传输功率的大小与方向,从而实现系统的全局功率均衡。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了中低压直流配电系统的仿真模型,并对多种运行状态和场景进行了仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。