UPFC控制策略研究及对电力系统的影响

柔性交流输电(FACTS)技术的发展和应用将有利推动现代电力系统技术革新,提高系统运行的经济性和安全稳定性能。统一潮流控制器(UPFC)是目前功能最为强大的FACTS控制器,它使得电力系统稳态性能和动态性能都能得到显著的提升。论文介绍了FACTS和UPFC研究和应用现状。 论文介绍了含UPFC的潮流计算方法,建立了一个能与传统PQ潮流算法结合的UPFC潮流模型,并将UPFC的稳态模融入到型潮流计算中,分析了控制目标值与系统电气量的关系。在稳态条件下,研究了UPFC内部的控制关系,在串联侧潮流控制中,分析并优化了一种用中间控制变量代替直接控制方式的控制策略,通过仿真验证了其合理性。 UPFC控制器的设计分成两步进行：第一步,从UPFC并联侧系统数学模型出发,设计了UPFC并联侧双环控制系统,其内环采用电流解耦控制器实现dq轴电流解耦,外环分别用d轴控制直流电容电压,q轴控制节点电压的PI控制方式,并且加入电流前馈控制环节和电流反馈控制环节,这样提高了系统控制精度和响应速度。仿真系统采用高电压等级,并使用标幺值方法分析和计算各类控制器的参数。第二步,在一般的UPFC系统中分析其功率传输能力,计算绘出了P-Q二维平面图,得出了可控潮流范围。UPFC串联侧控制器设计采用三环控制模型,对其中的电流环、电压环和功率环中的PI控制参数进行整定计算,并重点分析了功率环控制策略,通过小信号法和频率特性分析法得出功率控制的有效手段。将以上两步得到的并联侧和串联侧控制系统合成-体,仿真实验证明UPFC控制器是有效合理的。另外,对两种不同的潮流控制策略——功率耦合和功率解耦控制进行了比对仿真分析,从稳定性、快速性等角度比较了两者的优缺点。 论文讨论了UPFC在电力系统中的影响。根据UPFC控制系统,建立了新的UPFC 11阶动态模型,并结合发电机和励磁机的动态模型构建了含UPFC的电力系统线性化模型。在一个多机系统中,采用了特征值分析法研究了该含UPFC的系统在各种稳态运行情况下的小干扰稳定性能。