一种配电网多线路混合式统一潮流控制器

为适应配电网多线路的潮流调节需求,进一步提高潮流调控能力和响应速度,文中提出一种新型配电网多线路混合式统一潮流控制器(multi-line hybrid unified power flow controller for distribution network, D-MHUPFC)。D-MHUPFC由Sen变压器、统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)和混合式有载分接开关组成,能够快速调节配电网多线路潮流。相较于传统调节方式,D-MHUPFC具有结构紧凑、响应快速、经济性好和可靠性高等优点。文中结合ZIP负荷模型,推导计及D-MHUPFC的多线路潮流方程,优化其协同控制策略,并搭建10 kV配电网仿真平台验证其可行性。结果显示,D-MHUPFC及其控制策略能在0.15 s内快速调节多线路潮流,转移过载功率,提高断面输电极限。D-MHUPFC能够解耦控制有功功率和无功功率,补偿误差小于1%,具有和UPFC相当的潮流调节能力。

电磁混合式统一潮流控制器的拓扑结构与控制策略优化

针对统一潮流控制器(UPFC)存在成本过高和"Sen"变压器(ST)不能连续可调的问题,对电磁混合式统一潮流控制器(HUPFC)进行了结构和控制策略优化。HUPFC由一个高容量的"ST"和一个小容量的UPFC串联组成,具有360°连续可调的电压输出能力。详细推导出ST不同绕组比例和抽头数量下的UPFC最小容量关系,分析了HUPFC中闭环控制策略。通过Matlab/Simulink对HUPFC调节电网电压与功率的静态和动态特性进行仿真。仿真结果证明了所提出方法的可行性与有效性。

电磁混合式潮流控制器本体优化及控制

为了增强输电潮流可控性,提出了一种"Sen"变压器(ST)和统一潮流控制器(UPFC)公用激磁绕组的电磁混合式潮流控制器(EHPFC)。详细推导了ST和UPFC的最优容量配合关系,优化了EHPFC的控制策略。分析了EHPFC和UPFC对潮流调控的稳态特性和暂态特性。进一步采用PSD-BPA软件,研究了EHPFC对IEEE14节点复杂环网潮流的调控性能。搭建了双端系统传输潮流的硬件实验模型,对EHPFC调控潮流进行了模拟实验。仿真和实验结果表明,EHPFC可以在较低的成本下,实现和UPFC相同的潮流调控能力,同时弥补了ST无法进行连续潮流调节的不足,验证了EHPFC控制潮流的性能。

新型混合式统一潮流控制器及其调节特性分析

为了增大超高压、特高压输电线路传输容量,提高线路利用率,提出了一种基于改进型移相变压器(IPST)和小容量统一潮流控制器(UPFC)的新型混合式统一潮流控制器(IHUPFC)。在IPST结构、电压调节性能的基础上,推导了IPST与UPFC的容量配合关系。分析了IHUPFC在成本、性能方面比现有潮流调节装置的优势。并提出了考虑线路充电电容情况下的IHUPFC的控制策略。仿真结果表明,所提出的IHUPFC装置及其控制策略可精确调节线路潮流,潮流调节相对误差<0.1%。IHUPFC简化了传统混合式潮流控制器(HPFC)的结构,降低了其制作难度及成本,并增加了其容量调节范围,具有广阔的应用前景。

基于电磁式旋转潮流控制器的有源配电网多场景控制

分布式电源的高比例接入及两端电源供电系统的发展推进,给配电网带来了电压越限、相位差线路合环、潮流调控困难等问题,为此该文提出采用电磁式旋转潮流控制器(RPFC)的解决方案,具有适用性强、成本低、可靠性高的优点。首先,分析了RPFC的拓扑结构和工作原理,建立了RPFC稳态电压源模型;然后,分别构建了基于RPFC的电压越限模型及变转速控制策略,基于相量合成原理的RPFC相位差线路柔性合环模型及其控制策略,基于瞬时无功理论的RPFC功率解耦控制模型及对应转速协调控制策略;最后,搭建了RPFC的380V/40kV·A样机,实验结果表明,仅改变RPFC控制策略即可实现其在多种场景下有效稳定的调节,验证了所提控制策略的有效性和正确性。

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。

基于旋转式潮流控制器的有源配电网柔性合环及紧急功率控制方法

随着有源配电网建设的迅猛发展,多端供电系统成为主流供电结构,由于电网布局设计因素,存在一种配电网合环两端相角差现象,直接合环将产生较大冲击电流,影响供电可靠性。文中提出一种基于电磁式旋转潮流控制器(rotary powerflowcontroller,RPFC)的解决方案,实现相角差线路柔性合环,并且在系统短路或电源脱网故障情况下,完成对RPFC接入线路的紧急功率控制,预防连锁过载及大停电事故的发生。研究RPFC拓扑结构、工作原理,基于电压矢量叠加原理和瞬时无功理论,提出RPFC柔性合环及紧急功率控制策略。在合环工况下与双芯移相变压器进行仿真对比,RPFC合环电流及调节时间仅为双芯移相变压器的11.95%和18.44%,同时,在系统故障下表现出独立功率控制能力。最后,搭建380V/40kVARPFC实验平台,实验结果与仿真一致,表明RPFC在柔性合环以及紧急功率控制工况下均实现良好控制效果。

电磁式统一潮流控制器及其在环网潮流调节中的应用

＂SEN＂变压器（ST）是目前功能最强的电磁式统一潮流控制器,但为了使其能具有更灵活的潮流调控能力和更大的电压输出范围的目的,在此装置结构基础上提出了一种新型拓扑结构的电磁式统一潮流控制器（EUPFC）。首先介绍了广东电网环网运行现状,然后提出EUPFC的拓扑结构及工作原理,研究了EUPFC对线路有功、无功潮流进行独立、灵活调节的作用。采用MATLAB/Simulink建模的方法对比分析EUPFC和ST应用于广东220 kV环网输电网络的潮流调控能力,结果表明EUPFC对环网线路负载率的改善效果比ST提高9%以上,线路输电极限比ST提高8%以上,EUPFC的潮流调控能力更强。最后,搭建出试验平台、研制10kV样机并进行了实验,试验证明EUPFC的无功潮流调控范围比ST多30%。仿真实验证明了所提拓扑结构的正确性和潮流调控的有效性。

含统一潮流控制器装置的电力系统动态混合仿真接口算法研究

提出了一种新的含UPFC装置的电力系统动态混合仿真接口算法,算法中对UPFC采用动态相量建模,对电力系统网络则采用成熟的机电暂态仿真。仿真中UPFC并联侧采用定交流母线电压控制和定直流电容电压控制,串联侧采用定线路潮流控制。文中推导了UPFC的动态相量模型,讨论了与网络机电暂态模型的接口算法。研究分析和算例仿真表明:使用动态相量建模可精确地仿真UPFC的电磁暂态(EMT)过程,且仿真速度快;文中所提混合仿真方案能保证较快的仿真速度和优良的仿真精度,具有较好的收敛性,且可用于含UPFC等FACTS装置的系统发生不对称故障时的暂态稳定分析。

统一潮流控制器电磁暂态过程数字仿真的初步研究

首先对UPFC并联部分STATCOM 的电磁暂态特性进行了详细的仿真。采用GTO 结构的逆变器,构造了两种类型的STATCOM 的电磁暂态模型。在STATCOM 仿真的基础上,进行了UPFC一些电磁暂态特性的仿真。仿真采用了常规的PID控制方法,适当选取了PID参数,能够使设备表现出良好的性能。仿真结果表明,UPFC能够对系统的潮流和电压进行有效的控制。

基于PST和UPFC的混合潮流控制器协同控制策略研究

针对传统统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)造价高昂以及移相变压器(phase shifting transformer,PST)无法连续调节潮流的问题,给出了一种PST与UPFC共用励磁变压器一次绕组的新型混合式潮流控制器(hybrid power flow controller,HPFC)。HPFC兼具二者优势,可在较大范围内实现潮流的连续精准调节。在介绍HPFC结构与原理基础上,提出了一种行之有效的HPFC控制策略,该策略通过期望功率控制PST档位,在此基础上针对剩余功率调节需求,综合使用预测电压法与外加辅助控制器的PI控制相结合来实现对UPFC的控制,最终实现对系统潮流的快速准确调节。最后通过Matlab/simulink仿真对其调节能力以及控制策略进行了验证。

统一潮流控制器多时间尺度混合实时数字仿真

结合上海220 k V电网统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)示范工程,针对UPFC控制系统闭环测试,提出了UPFC装置多时间尺度混合的实时数字仿真试验方法,并在RTDS实验平台上进行了UPFC装置ns级开关暂态、ms级电磁暂态混合实时仿真。RTDS试验结果表明该UPFC装置具备良好的无功稳定输出能力,母线电压控制能力,并能独立控制线路有功和无功潮流,其阶跃响应时间小于30 ms。从而表明该UPFC控制系统具有良好的稳态控制及动态响应特性,验证了控制系统功能和性能的有效性。

一种新型统一潮流控制器

传统统一潮流控制器(UPFC)价格昂贵,损耗高,谐波含量高,在电力系统中不能很好地推广使用。文中提出一种混合型UPFC,它由"Sen"Transformer(ST)和传统UPFC串联组成,ST通过控制普通的有载调压开关,实现360°离散可调串联电压,UPFC利用电力电子开关原理实现360°连续可调的串联电压,两者共同工作起到控制系统潮流的作用。与传统大容量UPFC相比,混合型UPFC使用小容量UPFC,能够达到大容量UPFC的潮流控制范围,具有成本低、效率高、电磁兼容性好、谐波含量低、易于实现的优点,解决了导致现阶段UPFC不能推广使用最为重要的成本问题。混合型UPFC是具有极高性价比和效率的潮流控制器件,具有广阔的应用前景。

基于Sen Transformer的新型统一潮流控制器的仿真与实验

传统统一潮流控制器(UPFC)控制功能灵活而卓越,但在电力系统中推广使用不具备容量和价格优势;Sen Transformer虽然容量大、成本低,但灵活性和动作速度都不能满足精确调节的要求。混合式潮流控制器(HPFC)是由统一潮流控制器(UPFC)和"Sen Transformer"(S.T.)串联组成,具有容量大、成本低等优点。本文首先介绍了HPFC的基本原理,然后通过Matlab/Simulink仿真验证了HPFC调节电压与功率的功能,最后通过搭建硬件实验平台,实现了HPFC调节系统电压幅值和相位的功能。从理论、仿真与实验三个方面对HPFC的调节电压和控制潮流的功能进行了研究和验证。

统一潮流控制器的自适应校正稳定控制器设计

在装设了统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的弱阻尼连接多机系统中,综合利用全系统的线性化状态方程和传递函数的信息,设计了线性化的UPFC稳定控制器。为使该稳定控制器能在系统大范围内的运行点提供有效阻尼,文中在UPFC稳定控制器中加入一可调的超前(滞后)环节,利用Prony分析在线辨析系统低频振荡特性。利用在线辨析的结果对稳定控制器的可调环节进行微调,使之针对系统具体运行工况进行自适应校正,从而持续工作在最佳状态。最后利用电磁暂态仿真程序对一个装设有UPFC的两区域弱阻尼连接系统进行了仿真计算。仿真结果表明,文中设计的自适应校正UPFC稳定控制器能够明显提高该系统的阻尼水平。

利用重复控制跟踪的统一潮流控制器抑制系统强迫振荡方法

从强迫振荡特性出发,利用线性化状态空间法分析了统一潮流控制器(UPFC)提高系统阻尼从而抑制强迫振荡的机理。设计了适用于抑制强迫振荡的插入式改进重复控制器(PMRC),并证明其对系统稳态参考值具有良好的跟踪性能。但考虑到PMRC不具备功率输出能力,提出了将功率控制设备UPFC与PMRC结合,并按PMRC跟踪要求输出抑制功率的方法。该方法使UPFC在提高系统阻尼的基础上输出抑制功率,从多角度抑制强迫振荡。仿真表明,所提方法能够有效抑制系统强迫振荡。

可转换式静止补偿器—一种新型FACTS控制器

可转换式静止补偿器(CSC)作为一种新的灵活交流输电(FACTS)控制装置,已在纽约电力管理局 (NYPA) 的Marcy变电站中应用。CSC的投运使美国东中部联络线增加了120MW的输送能力,而整个东部增加了240MW的输送能力。它有效地改善了对Marcy母线的电压控制,提高了系统的动态阻尼特性,增加了系统的灵活性。上述工程的完成,有效地解决了被称为纽约都市输电系统瓶颈的电压稳定问题,提高了整个供电系统的安全性。

基于改进类电磁机制算法的UPFC多目标优化配置

统一潮流控制器(UPFC)能在不改变线路拓扑结构的条件下有效地改善电力系统潮流,从而提高输电能力与电压稳定性。针对系统可用输电能力、电压偏差和L指标等目标,建立了UPFC的多目标优化配置模型,采用结合差分进化算法(DE)的改进差分类电磁机制算法(DEEM)对所建模型进行求解,通过对算法中粒子的带电量、合力计算方式进行改进,同时添加自适应因子,进一步平衡算法的全局搜索与局部搜索能力。配置后的结果表明UPFC对增强系统输电能力、电压质量及电压稳定性的性能均有提高,且改进算法寻优效率的提升也得到了验证。

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。

基于全电力电子OLTC的HUPFC运行特性分析及控制

柔性交流输电系统(flexible alternative current transmission systems,FACTS)装置如混合式统一潮流控制器(hybrid unified power flow controller,HUPFC)可调节线路潮流,有效提升输电网络的传输容量。为解决传统HUPFC中使用机械式有载分接开关调压带来的诸多问题,文中提出基于全电力电子有载分接开关的快速电磁式HUPFC。首先,针对其工作特性进行研究,并提出抑制开关切换过程中产生过压的方法。然后,根据不对称级电压Sen变压器的工作点合成方式存在自由度,实现一种开关切换次数最少的抽头选择策略,并给出从潮流指令改变到开关切换调压的详细步骤。最后,在Simulink中搭建220 kV双回线路仿真模型,对比快速电磁式HUPFC与传统HUPFC的潮流调节过程及结果。结果表明,全电力电子开关在响应速度和降低调节过程中的功率波动等方面更具优势,验证了快速电磁式HUPFC的可行性。