500 kV苏南UPFC控制功能研究及性能试验

为解决苏州南部500 k V电网供电能力提升、特高压直流功率消纳等问题,投运了世界首套500 k V统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)工程。本文针对苏南500 k V UPFC工程应用情况,结合电网潮流调节需求分析,梳理了UPFC系统关键控制性能指标及控制功能要求,并在工程系统试验期间对相关的控制功能和性能进行重点测试,主要包括:苏南UPFC工程稳态控制精度、动态响应指标等基本性能指标,以及N-1紧急功率控制、电网故障UPFC闭锁及自动重启动控制的功能和性能等,用于检验UPFC控制能力及运行效果,并为后续工程建设、标准规范制定累积了重要实践经验和数据。     

MMC阀子模块IGBT损耗与结温计算

模块化多电平整流器(modular multilevel converter,MMC)子模块具有承受高电压、大电流等特点,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)又是子模块的关键器件,而IGBT的损耗和结温计算方法决定IGBT的热设计和选型,是影响其在MMC工程应用的关键因素。文中首先对MMC稳态运行时子模块承受的应力进行了分析,其次,结合通态电流、子模块的投切和结温估算模型,设计了一种IGBT损耗和结温的计算方法,最后在搭建的试验系统中进行验证,结果证明了所给出的计算方法有效可行。     

500 kV UPFC对工频变化量方向保护的影响分析

作为灵活交流输电系统(FACTS)的典型应用之一,统一潮流控制器(UPFC)可对线路的有功和无功潮流进行快速调节。考虑UPFC保护系统在交流线路故障后可快速将UPFC从系统中隔离,在UPFC安装处形成功率变化量源,从而对工频变化量方向保护造成影响。以国内某实际500 kV UPFC工程为依托,介绍了UPFC的工作原理及其保护系统设计,依据工频变化量方向保护的动作原理,以UPFC本侧保护为例,定量分析了正反向故障时的工频变化量阻抗特征。正方向故障时,工频变化量阻抗仍近似反映为系统阻抗与线路阻抗之和的相反数,工频变化量保护可靠动作。反方向故障时,故障后测量电压跌落至0.917 p.u.以下是工频变化量方向保护可靠不误动的充分不必要条件,而电压变化量补偿系数λ的实部小于-1是工频变化量方向保护误动的充分必要条件。进一步地,也提出了相邻线路保护的电压变化量补偿系数λ以及定量分析结果。RTDS仿真结果验证了理论分析的有效性和准确性。     

双回 UPFC 在安徽电网应用的可靠性分析

统一潮流控制器可以优化电网潮流分布,提高系统输电能力。实际应用时,UPFC接入后系统的可靠性水平变化是UPFC接入方案需要考虑的重要因素。针对安徽电网随着网架规模的不断扩大而出现的潮流分布不平衡问题,提出双回UPFC结构在安徽电网的应用方案,并论证其必要性;然后,建立双回UPFC元件的可靠性模型,基于蒙特卡洛模拟和最优负荷削减,编写含双回UPFC的电力系统进行可靠性评估算法;最后,基于电网实际数据,分析UPFC接入后对系统可靠性的影响,并验证UPFC应用方案对电网可靠性的改善能力。     

Decoupling Controller Design and Controllable Regions Analysis for the Space Vector Modulated Matrix Converter-Unified Power Flow Controller in Transmission Systems

The flexible alternating current transmission systems (FACTS) devices are essential components of the transmission system to enhance the controllability and elevate the transfer capacity of the network. The unified power flow controller is known as the most versatile device in the FACTS family. This work studies a distinctive unified power flow controller (UPFC) structure based on the direct matrix converter to regulate the active and reactive power in a transmission system. In contrast to the conventional UPFC, there is no requirement for a bulky energy storage element in this structure. This results in various benefits including: decreased system volume, improved efficiency, prolonged lifetime, reduced maintenance and removal of the DC-link control. The full power controllable regions are analyzed and graphically obtained for the MC-UPFC, which facilitates the selection of proper UPFC ratings. The working principles and a model of the MC-UPFC are put forward and discussed, followed by explanations of direct space vector modulation (SVM) for this application. Based on the SVM modulation scheme, PID controllers are developed to control power flows in a double-line transmission system. In addition, decoupling controllers are derived by feeding back the coupling components into controllers. The numerical simulation results for a double-line transmission system corroborate the feasibility and effectiveness of the proposition.     

Adaptive ground distance protection for UPFC compensated transmission lines: A formulation considering the fault resistance effect

This paper presents a mathematical deterministic adaptive distance protection formulation for UPFC compensated transmission lines. The proposed formulation is developed using a phase component approach and considers and compensates for various UPFC operation conditions and non-zero fault resistances. The proposed methodology is completely adaptive and independent of system characteristics (such as changes in transmission line impedances) or operating conditions (such as different load conditions and controlled reference parameters). Moreover, the proposed formulation uses local and remote end voltage and current signals as input data. The comparative test results demonstrate potential beneficial aspects of the proposed formulation for real-time applications.     

适用于双回线路的统一潮流控制器系统结构优化分析

统一潮流控制器(UPFC)可以快速灵活地控制线路的潮流,改善电网的潮流分布特性。对于国内大部分110kV及以上电网采用的双回线路结构,需要对双回线路同时进行潮流控制才能优化电网潮流,而目前已投运UPFC工程的系统结构均不适用于双回线路。文中以南京西环网应用UPFC工程为例,根据电网的实际应用需求,分析了双回线路UPFC控制的特点,给出了适用于双回线路应用UPFC工程的较优系统拓扑方案,该方案具有较好的可靠性、经济性和灵活性。     

基于新负荷削减模型的UPFC优化配置

电力系统中使用统一潮流控制器(UPFC)可以明显改善运行状况.建立了UPFC的注入潮流模型和运行可靠性模型,以及UPFC安装费用和系统切负荷费用模型.基于运行可靠性模型提出了含UPFC的负荷削减模型,该模型通过UPFC的控制消除潮流越限和电压越限,以降低切负荷出现的概率,提高系统可靠性.最后给出了基于该模型的多UPFC配置方法,该方法的目标是在保证可靠性水平满足要求的前提下保证系统总费用最少.RTS 79系统的仿真表明,所提出的模型和配置方法优于传统模型和配置方法.     

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。     

多变量统一潮流控制器最佳变量配对选择的研究

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)是一个具有多个控制输入和输出变量的多变量控制器,因此交连与耦合就不可避免地存在于这些输入和输出变量所形成的多个控制通道之间.由控制理论可知,变量配对选择与多变量统一潮流控制系统的耦合程度密切有关.利用控制理论中的相对增益分析方法为UPFC确定了最佳变量配对关系,在此变量配对控制方案下UPFC各控制通道之间的耦合非常薄弱,从而不需要采取解耦措施,使得控制器设计简化.在新英格兰系统上的仿真结果表明:在最佳变量配对控制方案下,UPFC具有良好的稳态控制性能.