含线间潮流控制器的电力系统联合潮流计算

线间潮流控制器(IPFC)能实现线路间的潮流转移和分配,可用于解决电力系统中潮流不均引起的一系列问题,具有较大的应用潜力和价值。为评估IPFC工程应用价值,需实现含IPFC的大系统潮流计算,但目前我国多用于电网规划设计的大型电力系统分析软件中没有开发IPFC模型。为解决上述问题,提出了一种基于Matlab与PSD-BPA的含IPFC电力系统的联合潮流计算方法。首先推导了IPFC功率注入模型的数学表达式,并设计了Matlab与BPA联合潮流计算的计算框架,由Matlab进行IPFC求解计算,BPA进行大电网潮流计算,通过数据交换接口完成两种仿真软件的交互与交替求解。进一步对IPFC功率注入模型进行改进,提出了一种基于PI控制器的变步长潮流迭代策略提高了计算方法的收敛性。以南通西北片电网为例,对提出方法进行了仿真验证,计算结果表明了提出方法的正确性和有效性。

计及线间潮流控制器的电力系统潮流优化

随着电力电子技术的发展,FACTS设备得到了广泛应用。近年来,UPFC在我国得以应用,为电网潮流分布不均的输电瓶颈问题提供了新的解决思路。IPFC是一种较UPFC更为强大的FACTS装置,其不仅能像UPFC一样控制目标线路潮流,还能实现不同线路间功率的定向、定量交互,均衡输电通道潮流。然而,已有文献在对含IPFC电力系统的潮流优化研究中,并未充分计及实际电力系统及IPFC潮流调控域的各方面约束。该文首先基于附加虚拟节点法建立了IPFC的稳态模型,然后在考虑IPFC实际控制能力的情况下,获取实际系统中的IPFC潮流调控域,最终,提出一种计及IPFC潮流调控域的兼顾电力系统经济性与安全性的含IPFC电力系统多目标潮流优化方法。仿真算例验证了所述模型的有效性与准确性。

基于双级矩阵变换器的线间潮流控制器

线间潮流控制器是柔性交流输电系统中的新装置,通过控制有功和无功功率来增强电网传输能力。双级矩阵变换器是性能优良的交-交变频器。针对二者结构上的相似性,提出将双级矩阵变换器作为线间潮流控制器,以减小设备体积。首先对线间潮流控制器建模,在park变换基础上,使用比例积分控制设计d-q轴控制方案,采用交叉解耦消除电网间的耦合,利用载波调制的空间矢量控制变换器开关动作,取得了较好的控制效果。仿真验证了方案的可行性和正确性。

计及风电不确定性的含线间潮流控制器的电力系统经济调度

线间潮流控制器(IPFC)拥有强大的潮流调控能力,可为解决大规模新能源接入背景下的潮流调控问题提供全新的解决方案。该文提出一种计及风电出力不确定性的含IPFC电力系统安全约束经济调度方法,首先基于MARKOV链生成风电出力场景,构建相应概率风险指标以描述系统安全性,并给出了兼顾经济性与安全性的优化目标函数;然后,在充分考虑双回线结构IPFC控制特性的情况下建立了故障前后电力系统的等式/不等式约束;最后,针对所建立的强非线性安全约束经济调度优化模型,设计了基于粒子群算法的计算构架并实现了模型的求解。基于江苏电网的算例分析表明,利用该文方法获得的策略比基于传统方法获得的策略能更好地满足潮流安全约束,且准确地计及了IPFC的控制特性,具有较高的应用价值。

线间潮流控制器建模及潮流优化方法

线间潮流控制器(interline power flow controller,IPFC)作为第3代柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)的代表性设备,具有强大的潮流调控能力。而IPFC的引入,会增加潮流优化(optimal power flow,OPF)问题的非凸性,导致其难以被准确、快速求解。为解决传统IPFC模型中等效电压源相角对应约束难以被凸化的问题,该文基于注入功率变量重新构造了IPFC的等效约束,并进一步利用数学变形、近似处理、二进制展开技术,对该模型进行凸化处理,将含IPFC的OPF问题从高度非凸的优化问题转化为混合整数二阶锥规划(mixed integer second-order cone programming,MISOCP)问题。最终,在仿真算例中完成近似误差分析,并利用Matlab/Gurobi求解MISOCP模型。结果表明,所提优化方法计算精度高,求解速度快,显著降低了系统发电成本,可为综合型FACTS的在线优化调控提供理论和技术支撑。

线间潮流控制器在江苏电网的应用研究

线间潮流控制器(interline power flow controller,IPFC)作为一种潮流调节能力强大的柔性交流输电(flexible alternating-current transmission system,FACTS)控制装置,能够动态控制电力系统的有功、无功、电压、阻抗和功角,对有着任意相角关系、属于不同系统的线路进行潮流控制,提高系统运行稳定水平。"十四五"期间,由于苏北大规模风电、光伏等新能源接入电网,江苏电网整体呈现"北电南送"趋势。当冬季新能源出力较大时,过江输电通道由于潮流分布不均,部分500 k V线路无法满足N-1、N-2校核。为此本文研究了IPFC在江苏电网的应用场景,提出了将IPFC安装于两条过江通道,协调两条通道潮流,提升过江断面潮流输送能力。随后通过在不同系统运行工况下,对IPFC设备的综合调节能力及容量进行充分评估,优化了IPFC设备的容量及系统级控制策略。

线间潮流控制器分步选址与多目标优化定容

线间潮流控制器(IPFC)作为一种新颖的柔性交流输电装置(FACTS),不仅有着和统一潮流控制器(UPFC)一样直接控制目标线路潮流的能力,还能够实现不同线路之间功率的定向、定量交互,均衡输电通道潮流,缓解电力系统输电压力。为了最大化IPFC潮流调节能力,其选址及定容的工作是亟待解决的问题。然而,已有文献在对IPFC选址定容的研究中大多基于灵敏度或者智能算法优化的方法,无法根据实际工程需要将IPFC安装于系统最薄弱的输电线路。基于此,首先提出了一种基于静态安全裕度约束的IPFC两阶段分步选址方法;在此基础之上,综合IPFC安装容量的经济性指标与静态安全裕度的安全性指标,提出一种兼顾经济性与安全性的IPFC多目标优化定容策略。仿真算例验证了所提方法的有效性与准确性。

“双碳”背景下线间潮流控制器多目标协调控制策略

"碳达峰、碳中和"目标对考虑安全性和稳定性的电力系统低碳运行提出了更高要求,新能源的大规模接入容易引发电网潮流分布不均与机电振荡等问题.作为第3代柔性交流输电系统(FACTS)的代表性设备,线间潮流控制器(IPFC)具有强大的潮流调控、振荡阻尼和暂态稳定控制能力,但在不同工况下关注的主要目标不同,且目标间存在着矛盾关系.首先,基于改进相对增益矩阵(MRGA)理论,线性化含IPFC的系统状态方程,量化分析目标间的相互作用,选择附加控制器的叠加位置,削弱稳态调控与动态控制间的交互影响.其次,针对暂态过程,结合模糊逻辑理论设计了IPFC多目标协调控制器.最后,通过粒子群算法优化了控制器参数,在提高暂态稳定和小干扰稳定的同时,减少暂态过程中的潮流超调,增强了IPFC在不同系统运行工况下的协调控制能力,有利于解决"双碳"背景下电力系统负荷大、惯性低、波动随机所带来的能源传输消纳与安全稳定控制等难题.

线间潮流控制器应用评估策略研究

随着社会负荷不断增长、网架结构日益复杂,骨干网络潮流分布不均、电压支撑能力不足等问题已成为制约系统输送能力的重要因素。线间潮流控制器(Interline Power Flow Controller,IPFC)是一种潮流控制能力强大的新型FACTS装置,可应用于多条通道的潮流控制和暂态稳定控制,提升稀缺廊道资源的输电效率。考虑到目前缺乏对IPFC应用效果评估的理论研究和指导规划,文中提出了一种基于模糊层次分析的综合评判方法。从静态、暂态、动态等方面定义了电网柔性评估指标,建立评估层次结构,并给出各指标的权重赋值方法。并在大系统中选取关键输电断面,通过多组算例获取各指标的标度,评估IPFC在典型应用场景下的控制潜力、安全指标及投资价值。最后结合模糊分析给出IPFC方案的综合分值和整体评价,量化装置对系统的作用,为IPFC的规划应用工程提供一定理论依据和技术支撑。

基于线间潮流控制器的省级电网断面潮流优化研究

随着经济社会的发展,我国部分省级电网断面潮流不均的问题日渐突出。以江苏电网为例,由于电源和负荷在地域上呈逆向分布,省内整体呈现“北电南送”的输电形势。随着新能源大规模不断接入以及区外来电规模的增大,江苏现有北电南送通道的输电能力将难以满足后续新能源进一步接入的需求。本文首先阐述了线间潮流控制器的原理,随后分析了江苏电网北电南送断面潮流分布特征。针对北电南送输电通道潮流分布不均、存在输电瓶颈的问题,提出了3种基于线间潮流控制器的断面潮流优化方案,并通过仿真给出了断面潮流优化验证结果。最终,给出了线间潮流控制器在江苏电网应用的工程方案设想。经分析,线间潮流控制器的装设可以很好地提高江苏北电南送断面的输电能力,极大地增加苏北苏中地区新能源消纳能力,社会经济效益显著。

线间潮流控制器模型预测控制参数辨识研究

针对电力系统多设备运行状态下使用PI控制器动态响应慢问题,提出将模型预测控制(model predictive control,MPC)应用于线间潮流控制器(interline power flow controller,IPFC)的方法。首先对于电力系统实际运行时,IPFC的控制模型会受到系统参数变化的影响,从而影响系统控制准确性的问题,在IPFC预测控制中引入在线参数辨识,而传统最小二乘法参数辨识易饱和,旧数据对新数据会产生影响,故引入带遗忘因子的最小二乘法参数辨识;继而为实现IPFC在线辨识,分别建立IPFC主线、从线在两相静止坐标系下的最小二乘格式,将辨识参数再反馈到预测模型中。最后仿真结果表明,利用所提方法提高了电力系统功率控制的精度,降低了电流畸变率。

适用于直流电网的环流式线间直流潮流控制器

针对直流电网潮流控制自由度不足的问题,提出一种线间直流潮流控制器(I-PFC)。I-PFC能够通过交流环流实现自身功率平衡,无需交流变压器作为内部的交流通路,且与现有线间直流潮流控制器相比,进一步降低了因单个电容充放电造成的电流波动,具有避免额外谐振、减小谐波、易拓展等优点。首先,提出I-PFC的拓扑结构,分析实现潮流控制的方法进而得到线路电流与串入电压的关系,并重点介绍了利用内部交流环流实现自身功率平衡的原理;其次,根据I-PFC的功率与能量,详细分析子模块电容电压的组成,其中主要包含直流、基频和二倍频分量,并设计包括直流潮流控制和功率平衡控制的I-PFC控制方法;最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建含有I-PFC的三端柔性直流环网,利用投入运行、反向调节和动态响应三个工况验证了该文所提出的I-PFC的可行性和有效性。

新型线间直流潮流控制器

在含有网孔的多端直流输电系统或直流电网中,仅靠控制换流站难以实现对特定线路的潮流进行控制,因此需要引入直流潮流控制器来改善潮流分布。首先对现有的4类直流潮流控制器进行了原理介绍和优缺点分析,然后提出了一种新型线间直流潮流控制器。新拓扑具有以下优点:需要的开关器件和驱动更少;拓扑结构更简单;控制更简单。最后,在PLECS中搭建了一个三端直流输电系统,通过仿真验证了新拓扑的有效性。

基于子模块桥臂能量平衡的线间直流潮流控制器

随着直流电网技术发展,直流电网的潮流控制需求逐渐突出。在总结线间直流潮流调控原理的基础上,文中提出一种基于子模块桥臂能量平衡原理的线间直流潮流控制器,所提拓扑无须引入环流通路和交流滤波电路,可减少投资成本,避免交流环流的效率问题。首先,讨论并分析了线间直流潮流控制器的拓扑原理。然后,介绍了基于子模块桥臂能量平衡的拓扑结构和工作原理,并研究了参数设计方法;设计了电流、电压运行波形,并给出了所提拓扑的控制方法;同时,将所提拓扑与环流能量平衡型及电容耦合型拓扑进行了器件电流应力、数量和导通损耗的对比。最后,通过四端环形直流电网仿真验证了所提线间直流潮流控制器的功能。

多端口线间直流潮流控制器及控制策略优化

针对目前的线间直流潮流控制器大多仅能控制1条线路的潮流以及难以拓展的问题,提出一种基于MMC的多端口线间直流潮流控制器(multiportinterlineDCPowerflow controller,MI-PFC)。首先,分析安装多端口DCPFC的必要性,并提出MI-PFC的拓扑结构,将其划分为直流通路和交流通路;其次,详细分析该直流潮流控制器的工作原理,主要包括潮流控制和自身功率平衡,基于此设计MI-PFC控制策略,并以桥臂电压差值最小为目标对控制策略进行优化;最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建四端柔性直流电网,通过MI-PFC启动、控制策略对比和某一换流站功率跌落3种工况,验证MI-PFC能够控制多条线路潮流、无需预充电以及具有良好的动态响应能力。

适用于直流电网的新型直流潮流控制器

直流潮流控制技术是直流电网中的关键技术之一,对于直流电网的发展具有重要意义。提出了一种新型线间直流潮流控制器拓扑,该电路拓扑结构和控制较简单,可实现线路潮流反转。分析了该潮流控制器的工作原理和运行特性,并搭建了潮流控制器和五端直流输电系统仿真模型,对该潮流控制器进行了稳态、动态以及故障情况下的仿真验证。仿真结果表明,该潮流控制器可实现潮流的有效控制和调节,具有良好的稳定性。

直流潮流控制器对多端直流系统的运行网损分析

直流潮流控制器可有效增强复杂直流系统中的潮流可控性,对直流电网运行网损具有一定的调节能力。为统一描述和比较各类直流潮流控制器的外特性,建立了基于等效变比M的外特性模型。首先以三端环网直流系统场景为例,结合上述变比模型,合理分析并比较不同直流潮流控制器对该直流系统运行损耗的影响。分析表明,通过对直流潮流控制器合理选型并设定优化控制目标,单个直流潮流控制器和多个直流潮流控制器分别可使系统运行损耗最多降低0.0002%和1.81%。并针对一个四端直流输电系统场景,建立反应特定三线间直流潮流控制器对系统运行网损影响的定量模型,该场景下网损最大降幅为3.35%。最后,针对具体的两个典型场景在PLECS环境下搭建仿真模型,验证了上述模型的有效性和稳定性。

IPFC潮流控制的研究

线间潮流控制器(IPFC)是柔性交流输电系统(FACTS)控制装置中的一种新装置,它可以控制多条传输线的潮流,为了提高系统运行过程中的可靠性,采用功率注入法证实线间潮流控制器(IPFC)有可以同时调节母线电压,有功功率,无功功率以及降低功率损耗的能力。

IPFC有源阻尼模型预测电流控制优化算法研究

为解决线间潮流控制器(IPFC)LCL滤波器固有的谐振问题,传统有源阻尼模型预测电流控制策略将变换器和变换器侧电感等效为理想受控电流源,忽略了网侧电感变化和电流控制延时对阻尼系数选取造成的影响,因此通过构建包含网侧电感、延时环节和阻尼系数的优化函数,提出一种综合考虑电流控制延时和网侧电感变化的二阶系统优化阻尼系数控制策略,在网侧电感发生变化时系统具有更好的动态响应能力和阻尼效果。

UPFC与IPFC提升系统输电能力比较研究

随着电力系统负荷及网架的日益发展,由系统潮流分布不均而引起的输电阻塞问题越来越严重,极大地制约了电力系统的输电能力与效率。利用FACTS设备提升电力系统输电能力相较于传统方案具有占地面积小、可控性高等多方面的优势。UPFC与IPFC作为先进的第三代FACTS装置,在潮流调控方面均有着突出的应用优势。因此有必要对两者在提升系统输电能力方面进行技术经济比较研究,用以指导实际工程的解决方案选择。首先基于附加功率注入法分别对UPFC及IPFC进行稳态建模,推导了其数学表达式。之后以江苏南通西北片电网为例,将所建模型应用于实际电力系统,计算结果显示两者均能大幅提升系统输电能力以及安全可靠性。最后在多种工况下对这两种解决方案进行了技术经济比较分析,结果表明IPFC相较于UPFC而言在潮流调控方面的作用更为全面与突出。