相间功率控制器(IPC)在电力系统中的应用

发展迅速的柔性交流输电及其控制器技术(FACTS)已被国内外普遍认为是新型有效的输电技术。除了其技术概念和技术规范取得新进展外,控制器技术也在快速发展着。其中的相间功率控制器IPC(Interphase Power Controller)能有效地控制线路潮流,提高线路输送功率或用于设备增容,限制短路电流。从IPC的基本原理和结构出发,研究了IPC的主要系统应用及在国外的研究和应用情况,IPC在未来互联电网中的可能工程布点,着重对IPC在联网中的可能应用进行了研究,并得出初步的结论。

可控相间功率控制器(TCIPC)运行特性分析

研究了相间功率控制器IPC(Interphase Power Controller)基本结构和数学模型,通过晶闸管触发控制电感支路构成可控相间功率控制器(TC IPC),并将其应用于交流弱联系的互联电网中,推导了晶闸管触发延迟角与TC IPC参数以及两侧电网戴维南等值参数之间的关系,分析了计及两侧电网等值参数影响下的TC IPC运行特性。以东北-华北电网经带TC IPC的联络线交流弱联系为例,说明TC IPC对互联电网具有动态连续潮流控制能力。

相间功率控制器的潮流调控性能分析

通过分析相间功率控制器(IPC)的功角特性,提出了一种通过综合协调改变IPC参数和联络线两侧发电机组输出功率的联络线潮流和联络线两侧电网频率协调控制方案。分析比较了在不同扰动情况下调谐型IPC和非调谐型IPC 在控制联络线潮流和保持系统同步运行能力方面的区别,并根据东北-华北电网实际数据进行了仿真。仿真结果表明, 调谐型IPC稳定联络线潮流和保证联络线两侧电网同步运行的效果优于非调谐型IPC。

基于参数协调的可控相间功率控制器调节特性研究

研究了可控相间功率控制器(TCIPC)的基本结构和数学模型,通过控制晶闸管触发角等效调节相间功率控制器的基本参数,从而协调输出功率,其中,通过控制晶闸管触发延迟角等效地改变电感支路的电抗参数,通过晶闸管控制投切不同组数的电容器等效地改变电容支路的电容参数。基于简化模型绘制出TCIPC功率P-Q运行曲线图,对参数协调下的TCIPC调节特性进行研究。以实例验证了由带TCIPC联络线进行交流弱联系的两侧电网在相位相对滑移时,可以通过协调TCIPC的等效参数控制联络线传输的功率,避免有功功率大幅波动,并保证端口的电压质量,有效地缓解了常规IPC可能出现的过电压问题。

相间功率控制器过电压及其保护的仿真分析

针对相间功率控制器(interphase power controller,IPC)在潮流控制过程中过电压及其保护的问题,基于相间功率控制器的基本结构原理,建立了电压与元件参数之间关系的数学模型,探讨了IPC过电压出现的原因及其保护系统的组成,并以两电网带IPC 240联络线为例采用Matlab中的Simulink搭建了仿真模型,进行了各种运行状态下的过电压及其保护的仿真分析。结果表明:正常运行时调节IPC的参数超过一定的范围会引起过电压;IPC端口开路时产生的谐振过电压是各种运行状态下最严重的;由于受断路器动作的影响,单相接地短路故障引起暂态过电压是各种短路故障中最严重的。在各种运行状态的过电压保护仿真中,IPC端口并联氧化物限压器(metal oxide varistors,MOV)及IPC电容、电感元件两端并联带触发间隙和旁路开关的MOV与断路器配合均能起到有效的过电压保护作用,严重情况下MOV并联的间隙电路被触发后能保护MOV。

相间功率控制器控制机理的电路解析

运用电路理论对相间功率控制器进行了解析 ,指出在一定条件下 ,含相间功率控制器的有源三端网络各相等值阻抗与联络线阻抗及对侧网络各相阻抗相比占优势地位 ;该有源三端网络的一相等值电势与对侧网络一相电势相比占优势地位。在此基础上 ,提出了控方主导的概念 ,阐述了相间功率控制器通过控方主导来实现鲁棒潮流控制的机理 ,并分析了控方主导的条件问题 ;提出的单线等值图与魁北克能量传输革新中心 (CITEQ)提出的IPC单线图相比 ,具有等值电压源和电流源的参数 ,能反映IPC与联络线及两侧电网内在联系的特点。

相间功率控制器的电磁暂态研究

利用电磁暂态程序（ＥＭＴＰ），建立了相间功率控制器（ＩＰＣ）的电磁暂态模型，并对ＩＰＣ在短 路故障。合闸及分闸过程中出现的过电压进行了仿真计算。结果表明，调谐型ＩＰＣ虽然具有 良好的短路电流限制特性，但在合闸及分闸情况下操作过电压非常高，从而限制了其实际应 用。相比较而言，非调谐型ＩＰＣ的过电压要低得多，且具有一定的短路电流限制特性。从过 电压的角度来看，后者较为可取。

调谐型相间功率控制器潮流调节能力的分析

本文基于相间功率控制器 (interphase power con-troller-IPC)的统一模型 ,分析了调谐型 IPC的潮流控制特点 ,提出了一种在给定线路有功、无功功率作为控制目标的含调谐型 IPC的潮流计算方法 ;对调谐型 IPC进行潮流控制能力的分析 ,指出其潮流调节范围不仅受自身控制参数的影响 ,而且受网络运行条件和线路阻抗的限制 。

基于SSSC的改进型相间功率控制器

在研究了相间功率控制器(IPC)和静止同步串联补偿器(SSSC)的基本原理、工作特性的基础上,提出了一种以SSSC代替常规IPC中的移相器(PST)实现电感、电容支路的移相功能的改进型IPC。采用较典型的PI控制,通过改变参考电压值对SSSC中的电压源型变换器(VSC)进行控制,来改变线路的注入电压,达到快速连续改变IPC各支路的移相角的目的,从而灵活地控制联络线的有功功率、无功功率。与常规IPC相比能够在IPC两侧电压相位差较大时,较好地改善IPC的过电压问题。采用Matlab/Smulink仿真,验证了改进型IPC可以实现联络线潮流控制和改善过电压。

相间功率控制器的稳态分析及与移相器的特性比较

借助于移相器的共同性质建立了相间功率控制器（IPC）的通用电路模型及其数学关系；分析了IPC与负荷相连时的特性，并将这些特性与同等条件下的移相器特性进行了对比研究；在保持常现潮流网络解算结构不变的条件下实现了系统中不同位置处的多个IPC的稳态处理，为分析IPC在大型电力系统中的稳态作用提供了应用工具；通过算例对IPC和移相器的稳态特性进行了对比分析，结果表明，IPC除了可用于联络线的功率分布外，还可以有效地隔离互联系统之间的故障影响。

相间功率控制器抑制低频振荡的研究

在分析相间功率控制器IPC(InterphasePowerController)稳态电路模型的基础上建立了含IPC电力系统线性化数学模型,并以此模型为基础分析了IPC向系统提供转矩的途径和性质。分析表明,IPC本身不能向系统提供阻尼转矩,但会向系统提供负的同步转矩,不利于系统的同步稳定运行。采取合理的控制策略调节IPC参数,可以增加系统的同步转矩和阻尼转矩,保证系统的同步运行,使系统的振荡得到平息,提高系统稳定性。

调谐型相间功率控制器的稳态特性研究

相间功率控制器 (IPC)是一种控制输电线路功率的装置 ,是 FACTS家族的成员。与其它 FACTS装置不同 ,它可以不采用电力电子器件 ,而仅由常规器件组成。当其两端相对功角发生变化时 ,主要依赖其固有的功率特性来维持其输送功率基本不变。此外 ,IPC还具有良好的限制短路电流特性以及两端电压互不影响的特性。文章阐述了 IPC的基本特性 ,分析了调谐型 IPC用于线路功率控制时 ,线路阻抗值对IPC基本特性的影响 ,还定性地讨论了调谐型

非调谐型相间功率控制器的分析与计算

调谐型相间功率控制器 (IPC)是一种串联型控制装置 ,其突出特点是具有很强的线路有功输送功率控制能力和短路电流限制能力。与调谐型 IPC比较 ,非调谐型 IPC体现出具有保持同步能力的不同的有功功率控制特性 ,而且在不同的运行条件下 ,可以灵活地设计出具有不同特性的非调谐型IPC。文章从性能方面对调谐型 IPC以及非调谐型 IPC的两个基本方案 ,即并联电容型 IPC和并联电感型 IPC做了比较。对一简化电力系统的潮流计算及暂态稳定分析表明 ,非调谐型

两侧电网相位相对滑移时的相间功率控制器

研究了发生扰动时带相间功率控制器 ( IPC)联络线两侧电网间相位相对滑移和异步运行状态的问题。在揭示带 IPC联络线电流“对侧占优”准则、论证相对滑移期间联络线电流能够得到有效控制的基础上 ,得出了对于带 IPC联络线可以有条件地容许相位相对滑移与异步运行状态的结论 。

相间功率控制器运行特性仿真分析

以具体的相间功率控制器(interphase power controller——IPC)的基本结构为基础,采用MATLAB动态仿真工具SIMULINK,以两个电网间只由一条带IPC的联络线进行弱连接为例,仿真分析了IPC的运行特性。从仿真结果可以看出:(1)正常运行通过开关投切不同组数的电容器和电感器,可以有效地改变联络线传输的潮流。(2)在系统受扰动的情况下,当联络线受端侧发生短路故障,IPC具有电压解耦,使两侧电网相互隔离的优良特性;而当发生断线故障时,却容易引起送端侧IPC入口处电压下降和IPC电容器上产生过电压的问题。

动态可控相间功率控制器的多性能协调控制策略

常规相间功率控制器(IPC)是一种静态调节设备,具有鲁棒潮流控制、短路电流限制和两端电压弱影响的良特性,但也存在设备过电压与安装点电压容易越限、各种行性能要求下的控制参数分散性较大、不易实现多种运行能的协调等问题。针对这些问题,该文提出了一种动态可控IPC(DCIPC)的原理结构,使得常规静态IPC 的等效电感、电容和移相环节变成一种连续动态可控的形式,分析了它的4 种控制策略:基于系统全局正常运行信息的性能协调控制策略、基于设备就地局部正常运行信息的性能协调控制策略、基于就地局部事故状态信息的控制策略和设备投入与退出时的控制策略。并在此基础上,分析了各种控制策略对应的参数协调方法以及控制系统的实施方案。数值仿真表明,文中所提策略和方法是可行的,能够动态地协调DCIPC的不同性能。既可指导IPC 的实际运行,提高其运行性能,又可帮助控制人员发现运行中的矛盾,及时提供解决问题的策略和方法。

相间功率控制器潮流控制中过电压问题的研究

由于相间功率控制器(Interphase Power Controller,IPC)在电力系统潮流控制中的过电压问题应用,基于IPC的基本结构,研究了IPC的过电压问题。建立正常、扰动情况下IPC端口、电容及电感承受的电压与IPC结构参数、运行参数之间的关系表达式,得出当IPC始端电压超前末端电压,在增大有功功率的同时,IPC将向网络提供较大的感性无功功率,使IPC端口出现过电压的危险;并且IPC两条并联支路的移相角越大,电容器、电感器上过电压越严重;当IPC末端断线,将出现严重的谐振过电压。在此基础上提出了并联可控电抗器(Thyristor Con-trol Resistor,TCR)于IPC的出口处,动态调节IPC注入网络中的无功功率以控制节点电压的方法。算例表明通过TCR与IPC的协调,可以有效地控制电网的潮流分布,抑制过电压水平。

基于VSC的动态可控相间功率控制器改善系统暂态稳定性的研究

根据电压源换流器(VSC)和相间功率控制器(IPC)的基本工作原理及特性,以VSC代替IPC的移相环节,晶闸管控制电抗器(TCR)代替电感支路,晶闸管控制串联电容器(TCSC)代替电容支路,构建了动态可控的相间功率控制器(DCIPC);基于DCIPC的原理结构,建立了VSC注入电压与联络线传输功率的关系,对无IPC与带IPC的简单系统的功角特性曲线进行分析,说明DCIPC可以改善系统的暂态稳定性机理,确定提高系统稳定的参数可控制范围。针对VSC的移相环节,设计了直流电压外环、输出电流内环的比例-谐振(PR)控制器;搭建了带DCIPC的简化系统模型进行仿真。仿真结果验证了控制器的有效性,并说明通过控制DCIPC中VSC的注入电压,可以改善带DCIPC电力系统的暂态稳定性。

相间功率控制器简化模型的适用性分析

针对相间功率控制器在限制短路电流方面的应用,描述了其原理结构,介绍了其2种简化模型———串联模型和电流源模型,并基于电流源模型研究了相间功率控制器限制短路电流的机理和影响此项技术应用的主要因素。结合IEEE 5节点系统将这2种模型与原始模型进行了对比仿真,以确定其在相间功率控制器限制短路电流应用研究中的作用。结果表明:电网中相间功率控制器限制短路电流的特性受到系统参数、负载情况和自身设备参数3个因素的影响;相间功率控制器的串联模型可用于系统的潮流计算和设备设计参数的合理性校核;相间功率控制器的电流源模型可用于系统的短路电流计算和机电暂态研究。

相间功率控制器改善暂态稳定性的研究

相间功率控制器(Interphase Power Controller,IPC)接入互联系统中对稳定性有一定的影响。基于IPC元件参数与功率之间的关系,通过简单系统的功角曲线分析了调节IPC元件参数改善系统暂态稳定性的机理。基于IPC的端口电压与电流的关系,说明IPC是电压控制的电流源,据此设计了功率和电流双回路可控相间功率控制器(Thyristor Controlled Interphase Power Controller,TCIPC)的控制系统。以电流作为TCIPC晶闸管的同步信号,将线路电流和有功功率的期望值作为IPC控制器的参考信号,设计了不完全微分PID控制模型。仿真结果表明:在系统发生扰动的情况下,通过设计的控制器能较好地调节TCIPC电感参数,从而有效地控制联络线的传输功率,改善带TCIPC互联系统的暂态稳定性。