用于UPFC的串、并联双变流器控制策略研究

自80 年代以来基于电力电子技术的FACTS 技术得到了广泛重视和研究。在众多FACTS 元件中由串、并联双变换系统组成的统一潮流控制器(UPFC)不仅可以独立作为STATCOM 和SSSC 运行,而且组合在一起构成UPFC 时能实现对所在线路有功、无功潮流的独立控制,因此具有独特的研究价值。本文针对目前UPFC 研究中存在的问题,进行了以下六个方面的工作。 首先,本文详细分析了UPFC系统在潮流调节的过程中各部分吸收、发出有功/无功功率的变化情况,并首次在三维空间中绘出了各部分的功率运行曲面,为有效选取UPFC各部分的功率容量和判断潮流控制方案的可行性提供了一个直观的手段。通过观察UPFC输出侧线路潮流的运行曲面,可以发现功率曲面上的每一个运行点都是唯一的与一个UPFC串联输出电压相对应的。但对于UPFC串联部分注入电网的功率而言,一定的功率运行点可能对应多个串联输出电压。因此只能通过控制UPFC串联输出电压来控制线路传输功率潮流。通过对UPFC电压控制特性的讨论得出,为了维持UPFC输入端电压恒定必须由其并联部分补偿适当的无功功率,其关系近似呈一种线性关系。同时分析表明,在UPFC输入端电压幅值维持不变的情况下,UPFC输出端线路无功传输潮流的变化和UPFC串联部分吸收的无功功率实际上是由UPFC的并联部分提供的; UPFC端电压幅值的控制既可以从并联侧控制也可以从串联侧控制,同样线路传输无功潮流也可以有两种不同的控制手段。 其次,针对UPFC 并联变换器的运行要求,指出了其主电路参数选取过程中应注意的问题并给出了一套有效的主电路参数设计方案。通过选择合适的电路参数可以使得并联部分更容易达到相应的控制目标,为整个UPFC 系统的平稳运行提供了保证。在此基础上,本文给出了相应的解耦控制方案和控制器设计方法并针对并联变换器单独作为STATCOM 运行的情况讨论了几种不同的电压控制模式及效果。 此外,还讨论了SSSC 和DVR 的控制系统及其在实际系统中平滑切入电网的过程,并通过建立SSSC 的小信号模型设计出相应的SSSC 直流母线电压控制器。实验结果表明了所设计的控制系统具有良好的性能。SSSC 到底会不会引发次同步振荡?目前有不同的说法,本文通过分析和实验表明SSSC 在阻抗模拟模式下若控制不适当则有可能引发次同步谐振。 最后,本文对目前所提出的几种主要UPFC 潮流控制方法做出了详细的分析和