统一潮流控制器动态特性及相关控制策略研究

FACTS的出现改变了传统交流输电系统控制缺乏灵活性的被动局面,为电力系统安全、经济、综合控制提供了新的调节手段。在FACTS家族中,结构最复杂、功能最强大的则是统一潮流控制器(UPFC)。UPFC既具有STATCOM的功能,又具有SSSC的功能,可以快速调节线路有功、无功潮流,维持其并入点交流母线的电压,提高系统的暂态稳定性以及抑制系统的低频振荡。本文从UPFC动态特性的分析、控制策略的改进、实验装置的研制、及其在电力系统中的应用等方面展开了研究。 首先,基于传统的比例-积分(PI)控制,提出了UPFC并、串联侧的系统级控制策略。即,通过UPFC并联部分控制并入点的交流母线电压和直流侧电容的直流电压,而其串联部分则用来控制线路的有功、无功潮流。利用电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC建立了基于器件级的UPFC详细时域仿真模型及其控制策略。仿真结果表明UPFC具有稳定系统节点电压、快速调节潮流和抑制因系统故障而造成的振荡等功能。 其次,运用特征值分析法,对UPFC的阻尼特性进行了深入研究。在原有UPFC潮流调节主控制器的基础上,采用系统振荡频率为反馈量,运用电力系统稳定器(PSS)的原理,设计了用于抑制系统低频振荡的辅助控制器。用PSCAD/EMTDC对不含UPFC、含UPFC但不附加辅助控制器、以及含UPFC且附加辅助控制器的三种不同系统进行了仿真研究,结果表明,UPFC本身具备一定的抑制低频振荡的能力,而引入辅助控制则可进一步增强这种能力。 再次,针对UPFC的串联部分,提出了一种基于模糊控制的PI自整定控制策略,并给出了模糊控制规则以及模糊查询表推导的详细过程。将所提控制策略与传统PI控制策略的效果进行了仿真和比较,结果表明,模糊PI自整定控制不仅可以极大地提高UPFC的稳态潮流跟踪控制能力,而且能更好地抑制因系统故障而造成的振荡。 最后,成功地研制了一套容量为15kVA的UPFC实验装置。论文着重介绍了其监控系统中各个模块的功能及其实现,并给出了动模实验结果。