統(tǒng)一潮流控制器運行特性及其控制的仿真和實驗研究.pdf

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

2、技術(shù)是將電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)及計算機技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，它通過對輸電系統(tǒng)的母線電壓、輸電線路電抗和相位角的控制，快速實現(xiàn)線路的有功和無功潮流調(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)濟運行的目標。
　　 統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)是FACTS家族中的一員，它以能同時對電力系統(tǒng)進行潮流調(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UPFC 裝置在美國Inez 變電站的投入和成功運行不僅證明了UPFC在理論上的正確性和在實踐上的可行性，也證明了UPFC 能給電力系統(tǒng)帶來巨大經(jīng)濟效益。但對如何實現(xiàn)UPFC 可參考資料的透露卻微乎其微。
　　 本文從各種參考文獻入手，在總結(jié)前人所進行工作的基礎(chǔ)上，進行了如下幾項工作：
　　 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的各項運行約束指標；使用電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC，結(jié)合所確定的UPFC 各項運行約束指標，建立了包含基于IGBT的UPFC 裝置、基于SPWM 電源逆變器的裝置級控制系統(tǒng)、基于常規(guī)PI 控制的系統(tǒng)級控制和以單機經(jīng)雙回線向無窮大系統(tǒng)送電的電力系統(tǒng)等詳細動態(tài)仿真模型；分別進行了UPFC在電力

5、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時對電力系統(tǒng)的有功功率調(diào)節(jié)、無功功率調(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對UPFC 性能影響的仿真分析，在無UPFC 裝置的輸電線路上發(fā)生三相短路時UPFC 對電力系統(tǒng)潮流、電壓和振蕩影響的仿真分析以及線路上發(fā)生不對稱單相短路時UPFC對電力系統(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 各種運行約束條件和動靜態(tài)運行特性的簡化動態(tài)模型，采用兩個等效的可控電壓源

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直流電容相耦合的有功功率平衡關(guān)系，推導了UPFC 直流電容的動態(tài)等效模型；為保證模型的精確性，適當考慮了UPFC的線路和變流器功率管的電阻損耗，用一個與直流電容相并聯(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控制對象依賴程度小和強魯棒性的特點，結(jié)合常規(guī)PID 控制器的優(yōu)點，設(shè)計了一個以線路有

7、功、無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，可以對控制器參數(shù)進行自動調(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)；同時對控制器的性能進行了詳細的仿真分析。
　　 運用PSS的基本原理，設(shè)計了一個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