计及UPFC最优配置的电力系统鲁棒调度协同优化策略

统一潮流控制器(UPFC)应用于潮流调控时,计及UPFC调控参数的交流潮流计算是非凸、非线性问题,且多台装置间的非线性交叉耦合特性也会直接影响优化配置方案。为此,基于UPFC的潮流调控特性,构建了计及UPFC的松弛型交流潮流二阶锥规划模型;计及风电的不确定性,协同考虑UPFC的规划和电力系统的调度问题,建立了计及UPFC最优配置的电力系统鲁棒协同优化模型,并采用列和约束生成算法进行求解。以IEEE RTS-24节点系统为算例进行仿真分析,结果表明所提协同优化策略有效提升了UPFC配置方案的适应性,提高了系统运行经济性和风电消纳能力,增强了系统运行调控的灵活性。

级联型混合直流与UPFC的柔性潮流协调控制策略

级联型混合直流输电系统具有能抑制换相失败、传输大容量功率的优势。但当级联型混合直流低端模块化多电平换流器(MMC)采用主从控制时,若系统发生交直流故障或负荷突增,可能会产生电流不平衡问题,导致受端交流侧功率出现大范围反向传输及电压支撑能力下降。为解决该问题并增强受端电网的稳定性,针对级联型混合直流输电系统,提出一种基于统一潮流控制器(UPFC)的柔性潮流协调控制策略。研究了基于柔性交流输电(FACTS)设备统一潮流控制器(UPFC)的级联型混合直流系统柔性潮流控制特性,针对系统故障及大扰动时出现的功率返送及电压稳定性问题,提出基于UPFC的频率支撑策略和基于动态限幅的电压支撑策略。该策略将送端侧故障带来的功率扰动转移到受端交流系统UPFC所在线路,利用UPFC功率补偿能力进行协调,同时基于动态限幅控制策略,采用无功优先控制方式提高换流站无功输出能力。最后,在PSCAD–EMTDC平台搭建了含受端交流系统的级联型混合直流输电系统模型。首先,仿真了LCC直流电流指令值下降过程,结果表明,本文所提基于UPFC的协调控制策略可以有效地减小交流系统频率波动,抑制功率返送现象;其次,仿真了系统负荷突增过程,验证了动态限幅控制策略能更好地提升MMC对交流系统的电压支撑能力;最后,仿真了连锁故障过程,结果表明,所提协调控制策略能有效地实现对系统频率和电压支撑,抑制功率波动,提高了级联型混合直流系统及受端电网的稳定性。因此,本文提出的级联型混合直流与UPFC的柔性潮流协调控制策略具有有效性和可行性。

基于MSSA的PSS与UPFC-POD参数和UPFC位置协调优化

针对风火打捆(wind-thermal-bundled,WTB)系统在受到干扰时可能由于阻尼不足而出现的低频振荡现象以及较高的网损会导致运行成本的增加和阻碍“双碳”目标实现的问题,提出了一种电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)与统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)附加功率振荡阻尼控制器(power oscillation damping,POD)参数和UPFC安装位置协调优化策略方法。首先,基于Matlab构建了风火打捆外送系统和控制器模型。然后,利用多目标樽海鞘优化算法(multi-objective salp swarm algorithm,MSSA),将协调优化问题转化为多目标优化问题。目标函数设计中考虑了UPFC装置的调节特性。最后,采用IEEE 4机2区系统和16机5区系统进行多种工况下的仿真。仿真结果显示,协调优化后的控制器可以提高系统阻尼,维持发电机转速的稳定,抑制低频振荡引起的系统有功、电压等的波动,同时降低了系统的有功网损,提高了系统稳定性和运行经济性。MSSA在工程问题上的应用得到了补充。

融合UPFC的隔离多环路配电系统线损最小化方法

为了实现智能配电网的节能降损运行,提出了一种基于统一潮流控制器(UPFC)的隔离变电站和单一变电站多环路配电系统中的线损最小化条件。针对环状配电系统的每种运行情况下,详细地推导了相关的数学模型,并根据配电馈线的线路参数得到了线损最小化的实现条件。对于单一变电站供电的多环路配电系统中,可以通过补偿线路电抗压降的总和来实现线路损耗的最小化。在隔离变电站环路配电系统中,可以通过补偿变电站电压差和线路电抗压降的总和来实现线损最小化。采用UPFC串联补偿技术来消除环路电流,从而最大限度地减少总线路损耗。最后,通过实验验证了所提出的UPFC控制方案的有效性。

基于双碳目标的新型电力UPFC系统

基于双碳目标,构建一种可再生能源经由储能电池接入的新型统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)系统。对新型UPFC系统进行数学建模,提出两种合理的输电调度方案:第一种方案以输送有功功率的最小成本为目标函数进行优化调度;第二种方案考虑输电线路的稳定裕度和输送有功功率的成本,通过线性权重的归一化法统一量纲后进行多目标的优化调度。最后算例仿真计算两种方案的优化调度结果,并分析各自特点。

基于提升故障穿越能力的UPFC重启策略研究及应用

统一潮流控制器(UPFC)是最新一代柔性交流输电系统装置,综合了FACTS元件的多种灵活控制手段。受限于电力电子设备绝缘能力,UPFC故障穿越能力有限。文中在介绍UPFC串联侧故障快速隔离技术的基础上,提出了UPFC配合交流保护重启策略,发生影响UPFC运行的故障时,利用特征量进行故障区域和类型判别,判别为交流电网异常时,进一步根据故障特性,并检测电网运行状态和UPFC运行能力,执行UPFC故障穿越或短时闭锁后自动重启的策略。接着以500 kV苏南UPFC工程为例,介绍了该策略的具体实现方案。将该策略在南京西环网UPFC工程及苏南UPFC工程应用,结果表明,文中所提UPFC配合交流保护故障重启策略,具有良好的应用可行性和电网适应性,显著提升了UPFC工程的故障穿越能力。

大规模风电并网后江苏电网柔直换流站与UPFC的有功功率协调控制方法

随着“双碳”战略的提出与实施,我国将着力建设以新能源为主的新型电力系统。然而,风电等新能源大规模并网将给具有交直流混联特征的新型电力系统带来威胁与挑战。通过以十四五规划末期的江苏电网为例进行分析,发现在大规模风电并网背景下,江苏电网中部分“南北向”500 kV交流输电线路N-1后负载过重的问题亟待解决。为此,基于综合灵敏度计算方法,提出了一种综合利用柔直换流站和统一潮流控制器的有功功率协调控制方法,用于改善系统潮流分布并消除潜在的线路过载。最后,以江苏电网为例进行了仿真分析,对苏州500 kV统一潮流控制器、白鹤滩-江苏直流和某规划中三端柔直换流站进行了有功协调控制。结果表明,所提协调控制方法应用于江苏电网时可有效解决交流输电通道N-1后负载过重问题,且相比于典型最优化方法在计算速度上具有优势。

UPFC的潮流控制与暂态稳定性研究

从UPFC控制潮流的基本原理出发 ,详细地讨论了它对线路潮流的调节情况 ,建立了利用UPFC控制潮流的 3种优化模型 ,并针对UPFC对潮流的控制受功角变化的影响较大的特点 ,提出了一种有效的分段潮流控制策略 :根据暂态过程的不同阶段 ,相应地改变UPFC的控制方式 ,从而可大幅度地改善系统的暂态稳定性。单机无穷大系统的暂态仿真结果表明 :分段潮流控制策略是有效的。

UPFC稳定控制器的研究及应用

在统一潮流控制器(UPFC)上加装稳定控制器,可以提高弱阻尼系统的阻尼水平,但是稳定控制器安装位置及反馈信号的选择对控制效果影响较大。建立了包含稳定控制器的UPFC的9阶数学模型,该模型考虑了直流电容的动态响应,并且包括了并联侧的电压控制及串联侧的功率控制,可比较详细地反映稳定控制器对UPFC性能的影响,稳定控制器可根据需要安装在UPFC的并联侧或串联侧。基于该UPFC数学模型,在装设了UPFC的弱阻尼连接多机系统中,推导全系统的状态方程,利用全系统状态方程的信息计算UPFC稳定控制器的最佳安装位置及有效的反馈信号,然后使用计算结果设计相应的UPFC稳定控制器。使用EMTDC对一个装设有UPFC两区域弱阻尼连接系统进行了仿真计算,仿真结果表明,利用所提方法设计的UPFC稳定控制器可以明显提高该系统的阻尼水平。

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，提出利用串联测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。

UPFC控制及动态特性实验研究

基于传统的比例—积分控制,提出了统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)并、串联侧解耦的系统级控制策略,其控制目的是在并联侧维持UPFC并入点的交流电压和直流侧电容电压,在串联侧控制线路有功、无功潮流。文章首先介绍了所研制的UPFC实验系统平台,并在此基础上详细地给出了UPFC系统级控制器的硬件实现,实验平台的通用性决定了不同控制策略可以较容易地实现。为验证所提出的控制策略的控制效果,文中将UPFC实验装置嵌入至自行搭制的等效双机实验系统中,实验结果与PSCAD/EMTDC仿真环境下的时域动态仿真结果十分相似,从而得到了良好的UPFC动态特性。

UPFC线性最优控制方式的研究及其对暂态稳定性的改善

基于ＵＰＦＣ（ 统一潮流控制器） 的动态模型，提出以受控线路有功和无功偏差、受控节点电压幅值偏差、ＵＰＦＣ 两侧不平衡有功偏差、ＵＰＦＣ 直流侧电容电压偏差、发电机的有功输出偏差和发电机转子的角速度偏差七个可测量为状态反馈量，设计了ＵＰＦＣ的线性最优控制系统。仿真结果表明，所设计的控制系统可以有效地控制节点电压和线路潮流，改善系统的暂态稳定性。

基于直流侧电容电压弱控制策略的UPFC二阶段控制器设计

在分析常用直流侧电容电压控制方法的基础上,确定了直流侧电容电压强控制的概念,并相应地提出了直流侧电容电压弱控制策略。该策略能够利用UPFC直流侧电容吸收部分暂态能量,从而加速故障后线路上潮流稳定过程。基于直流侧电容电压弱控制的概念,结合线性最优控制方法,给出了相应的弱-强二阶段控制器设计实例及仿真结果。仿真实验表明,在系统发生三相对称短路故障时,该控制策略能够迅速地稳定被控线路的潮流和UPFC接入点的母线电压。该文提出的直流侧电容电压弱控制方式可与任一成熟的UPFC控制策略共同工作,以达到进一步改善控制效果的目的。

UPFC潮流控制与优化的研究

FACTS对电力系统暂态的控制作用已被广泛认可 ,但对稳态方面的作用仍需要进一步的研究。文中基于功率注入法 ,建立了统一潮流控制器 (UPFC)的稳态模型 ,分析了 UPFC的潮流控制特性 ,同时通过三维立体图像形象地显示出 UPFC的控制范围。基于该模型 ,UPFC的潮流控制研究可转化为一个优化问题的求解。通过求解最优潮流问题可得到 UPFC所在支路的传输功率、系统发电费用和系统网损。 IEEE— 1 4和 IEEE— 30节点系统的优化结果表明 :UPFC对系统局部范围内的潮流有相当大的调节作用 ,但对于系统范围内的经济性目标却作用有限。这说明 UPFC稳态控制能力依赖于系统的运行目标 ,因此 UPFC在稳态下的最佳控制策略应该是与相应运行方式相结合的区域目标下的优化控制。该结论对

基于UPFC的风电场稳定性动态仿真研究

异步风力机因风速变化的不规律会导致电网电压崩溃。UPFC是FACTS元件中装置中功能最强大的元件,可以维持风电场电压和系统稳定。运用UPFC、风力机和异步发电机的数学模型,在Matlab/Simulink中建立了带UPFC的风电场仿真模型,通过研究风速骤变时带与不带UPFC的风电场功率、电压状况,验证了UPFC对风电场电压的支持作用,并能维持风电场及系统的稳定,保证风力发电机的持续运行。

UPFC控制器设计原理及方案

提出了一种利用统一潮流控制器 (UPFC)两个逆变器的调制波相移δ1 、δ2 和调制系数 k1 、k2 控制线路有功、无功的方法 ,并就此提出一种 U PFC试验装置的控制方案。

阻尼联络线低频振荡的UPFC两阶段控制方法研究

提出了一种新颖的阻尼联络线低频振荡的UPFC两阶段控制方案。第1阶段是阻尼控制:利用COI之间角速度的正、反向状态控制直流电容器的充、放电,使得联络线总的传输功率相应地减少、增加,从而进一步增加系统阻尼,快速平息振荡。给出了一种利用UPFC安装处的线路功率估算COI之间角速度的方法,估算结果准确。第2阶段是协调控制:第1阶段控制结束后,系统进入了新的稳态。此时利用控制理论中的相对增益矩阵(RGA)方法为UPFC在稳态条件下确定了多个控制通道之间耦合程度最为薄弱的最佳控制方案,使得UPFC潮流控制器、交、直流电压调节器之间实现了协调控制,从而使系统快速运行在所期望的稳态运行点。仿真结果表明,所提出的UPFC两阶段控制方案对阻尼区域模式低频振荡是有效、可行的。

基于MMC-UPFC-IPOD改善含风电系统功角稳定性

针对含风电系统功角稳定性问题,提出一个基于MMC-UPFC提高风电并网暂态功角稳定性的方法。利用Schauder固定点定理,将多输入多输出控制系统的合成和分析转化为一组等价的多输入单输出控制系统。将采用分散控制的H2/H∞应用到附加功率振荡阻尼控制中的附加改进功率振荡阻尼控制,以提高MMC-UPFC的输出特性,并在系统暂态时提高系统同步发电机的功角稳定性,并在仿真系统中验证了其有效性。

UPFC 的模型及控制器研究

在简要分析ＵＰＦＣ的工作原理后，建立了其动态数学模型；提出利用串联电压源的横分量和纵分量分别控制线路的有功和无功，设计了ＵＰＦＣ的控制系统；用ＥＭＴＰ对ＵＰＦＣ及其控制系统进行了仿真研究，取得的结果说明ＵＰＦＣ可对系统的潮流和电压进行有效的控制。

UPFC动态模型在电力系统动态分析中的实现

在计及直流电容器动态的UPFC动态模型的基础上，引入交替迭代法实现了UPFC动态模型与电力系统的接口。应用这种接口处理方法，对含UPFC的电力系统进行了动态仿真分析。仿真过程中，UPFC的并联侧控制为定端电压控制和定直流电容电压控制，而串联侧为定线路功率控制或定串联补偿控制。仿真结果表明在UPFC动态模型中计及电容器充放电动态的必要性，以及接口算法的有效性。并且可以看出不同的控制系统下UPFC的控制性能差别很大，反映了UPFC在系统中的应用效果对其控制系统的依赖性。