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。

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。

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。

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。

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。

基于潮流灵敏度的IST安装位置选择

新型“SEN Transfomer”(IST)是一种由三相双绕组变压器和有载调压开关组成的电磁式统一潮流控制器,较ST具有更灵活的潮流调控能力与更大的潮流调控范围。文中详细介绍了IST的拓扑结构及基本工作原理,推导了IST的功率注入模型。引入线路有功潮流性能指数,根据IST基本选址原则及计算得到的潮流灵敏度系数,以提高系统有功潮流调节能力为目的,对IST的安装位置进行了选择。在IEEE 14节点系统中对所提出的方法进行了验证,结果表明在该方法计算得到的支路上安装IST后,系统的有功潮流分布得到了明显的改善。

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。

基于树木生长算法的含UPFC的最优潮流计算

最优潮流(OPF)计算是一个非凸优化问题,统一潮流控制器(UPFC)的引入增加了OPF问题的非凸程度,使得基于内点法的传统优化算法难以获取全局最优解。文中提出基于树木生长算法(TGA)的计及UPFC的最优潮流计算方法,将发电成本与有功网损、电压偏移加权作为目标函数,并考虑网络与UPFC设备的安全运行约束,优化了OPF模型。最后基于IEEE 30节点系统以及南京西环网116节点实际系统进行算例测试,对比TGA、粒子群与内点法的结果,并使用蒙特卡洛方法对不同的启发式算法分别进行50次计算,验证了TGA具有更好的求解精度与鲁棒性。

MMC-UPFC电磁-机电混合仿真技术研究

针对苏州南部500 kV UPFC工程对大规模电网仿真能力提出的需求,对基于模块化多电平(modular multi-level converter,MMC)技术的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)进行了电磁暂态建模,结合IEEE 39节点实例探索了混合仿真接口位置针对不同工况的适应性,最后基于苏州500 kV UPFC工程算例验证了所建立模型以及混合接口的有效性。

一种新型的UPFC拓扑

提出了统一潮流控制器的一种新型拓扑 ,它包含两个交流侧面对面连接 ,而不是通过公共直流环节背对背连接的逆变器。该新型结构具有以下优点 :1 )两个逆变器间没有有功功率交换 ,两个逆变器仅提供或吸收无功功率 ;2 )级联式逆变器可以用于这种结构 ,因而取消了传统的磁接口——曲折变压器 ,大幅度减少了功率损耗 ;3 )在许多负载情况下 ,所需要的逆变器容量可以大大减少 ;4)模块化的级联式逆变器和它的冗余性使得这种新型结构更具设计的灵活性和实现的可靠性。仿真结果清楚表明 :在所需的容量方面 ,新型拓扑比传统拓扑更具优势 ,实用 。

“Sen”变压器(ST)的稳态等效模型研究

"Sen"变压器(Sen transformer,ST)是目前功能最强的电磁式统一潮流控制器。目前对ST的研究主要集中于电路拓扑和可行的控制方案,而对ST的建模研究较少,且尚无适用于理论计算和系统分析的ST等效模型。文章基于多绕组变压器的互感模型建立了ST的6端口数学模型,推导了ST的三序电压方程,得到了ST计及空载特性的三序等效电路。各序短路阻抗均可根据各序变比和绕组漏抗及电阻计算得到。在PSCAD软件中搭建了ST的仿真模型,进行了稳态潮流和短路电流的仿真计算。将等效模型计算结果与仿真进行对比,结果显示:两者吻合良好,线路电流最大相对误差不超过0.15%,从而验证了ST等效模型的有效性。