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。

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。

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。

以UPFC为边界的新型线路距离保护方法

统一潮流控制器接入线路后使线路阻抗均匀性发生变化,传统距离保护动作性能受到影响。本文基于输电线路阻感模型提出一种以UPFC为线路边界的线路时域距离保护方法。利用保护安装处的时域电气量建立阻感模型微分方程组,使用最小二乘法对微分方程组求解,建立保护安装处电压实际值与计算值之间的拟合误差,通过计算得到的故障距离和拟合误差判断统一潮流控制器接入位置与故障点之间的关系。在PSCAD/EMTDC上进行仿真验证,实现以UPFC为边界的线路区内外故障判定。

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对风电场次同步谐振的抑制作用

随着风力发电机组容量的不断扩大,在有串联补偿输电线路的系统中,异步风力发电机存在引发次同步谐振的风险。统一潮流控制器(UPFC)在增强风电场系统稳定性的同时还能增加系统中的次同步阻尼,抑制风力发电机的次同步谐振。通过在桨距角控制中加入附加控制并改进UPFC的控制策略,产生相应的次同步阻尼转矩,达到抑制次同步谐振的目的。在IEEE第一模型中加入风电场模型和UPFC模型,仿真结果验证了文中提出的控制方法的有效性。

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。

基于节点电流注入法的UPFC潮流控制新方法研究

提出了一种基于节点电流注入法的改进的统一潮流控制器潮流控制的新方法:串联侧基于电流预测法实现对线路有功、无功功率的控制,并联侧用无功注入电流控制母线电压。利用电力系统综合程序(PSASP)的用户程序接口(UPI)功能,用C++语言编写了UPFC潮流控制模型的用户程序,与潮流程序交替求解,实现UPFC的控制功能。通过算例验证了该方法的正确性及有效性。所建模型无需改变UPFC两侧接入点的节点类型,控制灵活;基于节点电流注入法的思想对柔性交流输电系统控制器与其他商业软件的接口有借鉴意义。

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的模糊调制控制研究

以统一潮流控制器 ( UPFC)为研究对象 ,针对其调制控制 ,引入模糊技术 ,设计了模糊调制控制器 ,以抑制互联电力系统联络线功率振荡 ,改善系统的动态稳定性。给出了模糊调制控制器的结构 ,运用梯度下降法对模糊控制器的关键参数进行了优化。结合 UPFC具有串、并联元件的特点 ,提出了模糊联合调制控制器 ,相对于单一元件调制控制 ,可更有效地阻尼功率振荡。多机系统仿真结果表明模糊调制控制器能有效地抑制振荡 ,并且在运行工况改变时性能优于线性调制控制器 。

UPFC换流阀模块测试装置的研制及应用

针对新兴的统一潮流控制器(UPFC)工程的分级调试,提出一种自动调试的方法,设计了一种测试装置,专门解决换流阀子模块的工程调试。测试装置由测试管理单元和测试执行单元两部分组成,测试管理单元通过内部分布式总线控制测试执行单元,是测试的核心;测试执行单元包括阀控模拟模块、采集模块和能量控制模块。阀控模拟模块模拟阀控装置的通信协议,控制子模块进行功能测试同时进行状态监测,采集模块采集子模块相关的电压状态,能量控制模块给换流阀子模块进行供电,用于测试子模块的充放电逻辑;测试管理单元配置测试执行单元模拟的阀控协议、子模块的拓扑结构等参数以控制测试的功能和流程,测试管理单元结合采集信息和通信状态信息共同辅助进行测试判断,测试结束给出完整的报告,完成UPFC换流阀子模块的自动调试,工程实际表明该方法完全适用于现场验收测试以及出厂调试的需要。

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物理模型中优化消谐PWM控制算法的研究

讨论了已实现的 ＵＰＦＣ物理模型中 ＳＰＷＭ技术存在的问题，介绍了消除谐波常用的优化消 谐 ＰＷＭ算法的原理及求解方法，利用 ＵＰＦＣ换流器结构特点，对该算法进行简化并进行了初值选择研究，给出了一种在线快速求解非线性方程组的方法，为该方法在ＵＰＦＣ物理模型中的应用奠定 了基础。

遗传算法在UPFC的PID控制器参数优化中应用

阐述了统一潮流控制器(UPFC)的原理及其控制器设计,采用串联侧输出电压、并联侧输出电流的横向分量和纵向分量为控制量,建立了比例积分(PI)控制时的系统方程。以含UPFC的单机无穷大系统进行仿真,结果表明UPFC可提高系统暂态稳定性。利用遗传算法对PID控制器参数进行优化,采用偏差绝对值对时间的积分性能指标作为最小目标函数,同时加入控制输入的平方项并引入惩罚功能,以防止控制能量过大和超调。仿真结果显示,参数优化后系统暂态过程变短,相关量的波动降低,进一步提高了系统的暂态稳定性能。