統(tǒng)一潮流控制器運(yùn)行特性及其控制的仿真和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在世界經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展和不斷融合的過(guò)程中，電力系統(tǒng)為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)所帶來(lái)的對(duì)用電需求的增加，全球主要國(guó)家和地區(qū)的電力系統(tǒng)目前都沿著高電壓、大容量、大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸電的方向發(fā)展。由于我國(guó)煤炭資源與用電主要負(fù)荷的分布不均現(xiàn)象，以及多條±500kV 直流輸電線路的建立，在我國(guó)實(shí)現(xiàn)西電東送和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的呼聲越來(lái)越高并且逐步成為可能。如何保證如此龐大而復(fù)雜的電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行已經(jīng)成為目前電力工作者致力研究的一個(gè)主題。
　　 FACTS

2、技術(shù)是將電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，它通過(guò)對(duì)輸電系統(tǒng)的母線電壓、輸電線路電抗和相位角的控制，快速實(shí)現(xiàn)線路的有功和無(wú)功潮流調(diào)整，輸送功率的合理分配，可以降低功率損耗和發(fā)電成本，提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳統(tǒng)交流輸電系統(tǒng)的傳輸能力，充分利用輸電線路的輸電能力，滿足電力系統(tǒng)安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。
　　 統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)是FACTS家族中的一員，它以能同時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行潮流調(diào)節(jié)、電壓控制和振

3、蕩抑制的綜合功能而倍受電力工作者的青睞。1998年世界第一臺(tái)UPFC 裝置在美國(guó)Inez 變電站的投入和成功運(yùn)行不僅證明了UPFC在理論上的正確性和在實(shí)踐上的可行性，也證明了UPFC 能給電力系統(tǒng)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益。但對(duì)如何實(shí)現(xiàn)UPFC 可參考資料的透露卻微乎其微。
　　 本文從各種參考文獻(xiàn)入手，在總結(jié)前人所進(jìn)行工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了如下幾項(xiàng)工作：
　　 首先，在分析UPFC 工作原理的基礎(chǔ)上，采用輸電線路的熱穩(wěn)定電流和UP

4、FC 串聯(lián)側(cè)注入母線最大電壓的乘積關(guān)系確定了UPFC的裝置容量，考慮系統(tǒng)運(yùn)行母線電壓水平的限制和線路傳輸功率極限的限制，確定了UPFC的各項(xiàng)運(yùn)行約束指標(biāo)；使用電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC，結(jié)合所確定的UPFC 各項(xiàng)運(yùn)行約束指標(biāo)，建立了包含基于IGBT的UPFC 裝置、基于SPWM 電源逆變器的裝置級(jí)控制系統(tǒng)、基于常規(guī)PI 控制的系統(tǒng)級(jí)控制和以單機(jī)經(jīng)雙回線向無(wú)窮大系統(tǒng)送電的電力系統(tǒng)等詳細(xì)動(dòng)態(tài)仿真模型；分別進(jìn)行了UPFC在電力

5、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的有功功率調(diào)節(jié)、無(wú)功功率調(diào)節(jié)和系統(tǒng)母線電壓控制等功能的仿真分析，UPFC 裝置直流母線電壓的變動(dòng)對(duì)UPFC 性能影響的仿真分析，在無(wú)UPFC 裝置的輸電線路上發(fā)生三相短路時(shí)UPFC 對(duì)電力系統(tǒng)潮流、電壓和振蕩影響的仿真分析以及線路上發(fā)生不對(duì)稱單相短路時(shí)UPFC對(duì)電力系統(tǒng)潮流、電壓和振蕩影響的仿真分析。
　　 論文建立了能完全反映UPFC 各種運(yùn)行約束條件和動(dòng)靜態(tài)運(yùn)行特性的簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)模型，采用兩個(gè)等效的可控電壓源

6、表示UPFC的串并聯(lián)變流器，考慮了串并聯(lián)變流器與輸電系統(tǒng)間的有功功率交換和兩變流器間通過(guò)直流電容相耦合的有功功率平衡關(guān)系，推導(dǎo)了UPFC 直流電容的動(dòng)態(tài)等效模型；為保證模型的精確性，適當(dāng)考慮了UPFC的線路和變流器功率管的電阻損耗，用一個(gè)與直流電容相并聯(lián)的等效電阻表示。模型的建立為UPFC 控制系統(tǒng)的研究工作提供了基礎(chǔ)。
　　 充分利用模糊控制對(duì)控制對(duì)象依賴程度小和強(qiáng)魯棒性的特點(diǎn)，結(jié)合常規(guī)PID 控制器的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)以線路有

7、功、無(wú)功功率的誤差及誤差變化率為輸入的，以PI控制的比例系數(shù)和積分系數(shù)為輸出的，可以對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整的自適應(yīng)模糊PI 控制器；采用仿真分析的方法，確定了自適應(yīng)模糊PI 控制器的模糊控制規(guī)則和量化因子及比例因子參數(shù)；同時(shí)對(duì)控制器的性能進(jìn)行了詳細(xì)的仿真分析。
　　 運(yùn)用PSS的基本原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)以線路有功功率變化量為輸入的比例式UPFC輔助控制器，將輔助控制器的輸出同時(shí)使用于UPFC 并聯(lián)側(cè)的母線電壓控制器和串聯(lián)側(cè)的線路有