基于并聯(lián)側(cè)電流的upfc潮流控制策略

基于并聯(lián)側(cè)電流的upfc潮流控制策略

0upfc的潮流控制單一趨勢(shì)檢測(cè)器（hplc）是一種多功能檢測(cè)器。它的主要功能包括趨勢(shì)控制、系統(tǒng)的暫時(shí)穩(wěn)定和系統(tǒng)的振動(dòng)。其中，趨勢(shì)控制是最基本的功能。在UPFC潮流控制建模方面已有較多研究。文獻(xiàn)結(jié)合牛頓-拉夫遜法來(lái)求解電網(wǎng)潮流,該方法需要修改UPFC所在線路的潮流方程對(duì)應(yīng)的雅可比矩陣元素。文獻(xiàn)直接利用傳統(tǒng)潮流程序計(jì)算,將UPFC并聯(lián)變流器連接母線設(shè)為PV節(jié)點(diǎn),串聯(lián)變流器連接的另一新增節(jié)點(diǎn)設(shè)為PQ節(jié)點(diǎn),該方法的缺點(diǎn)是限于UPFC所在線路的有功和無(wú)功潮流被同時(shí)控制的情況,且需要改變UPFC接入點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)類型。關(guān)于UPFC的潮流控制方法,一般是采用解耦控制:用UPFC串聯(lián)注入電壓的d軸分量控制線路的無(wú)功潮流,用q軸分量控制線路的有功潮流。文獻(xiàn)[12-14]基于商業(yè)軟件建立了UPFC潮流模型,其中文獻(xiàn)將UPFC與電力系統(tǒng)仿真工具PST進(jìn)行接口。文獻(xiàn)[13-14]雖然基于電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP)的自定義功能建立了UPFC的潮流模型,但文獻(xiàn)將UPFC用等值發(fā)電機(jī)表示,不能體現(xiàn)UPFC的實(shí)際結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)通過(guò)改變UPFC與網(wǎng)絡(luò)接口節(jié)點(diǎn)的注入功率來(lái)實(shí)現(xiàn)含有UPFC的潮流控制,不能實(shí)現(xiàn)功率、電壓的靈活組合控制。本文利用PSASP的用戶自定義功能建立UPFC潮流控制模型,通過(guò)改變UPFC與網(wǎng)絡(luò)接口節(jié)點(diǎn)的注入電流實(shí)現(xiàn)對(duì)線路潮流和母線電壓的控制。算例仿真表明,所建模型正確、有效。1upfc等價(jià)電路進(jìn)行系統(tǒng)分析時(shí),UPFC可用圖1所示的等值電路來(lái)表示。圖1中,分別為串聯(lián)電壓源和并聯(lián)電壓源;分別為串聯(lián)支路電流和并聯(lián)支路電流;Xse、Xsh分別為UPFC串聯(lián)變壓器和并聯(lián)變壓器的等值電抗?？紤]到式(1)和式(2),則圖1所示的UPFC等值電路可用圖2所示的受控電流源的形式來(lái)表示。圖2中,s,m節(jié)點(diǎn)的注入電流表示為2upf運(yùn)動(dòng)軌跡檢測(cè)模型2.1upfc的建立UPFC串聯(lián)側(cè)變流器是通過(guò)向系統(tǒng)注入電壓來(lái)控制線路潮流的,串聯(lián)注入電壓可分解為與同相位的縱分量和與正交的橫分量,縱分量主要影響相量的幅值;橫分量主要影響相量的相位。因此,改變就可以控制線路上的有功功率,改變就可以控制線路上的無(wú)功功率?？杀硎緸橛z觶se觶觶觶觶式中:Ki/s是積分環(huán)節(jié)(i=p,q);Kp,Kq是積分系數(shù);PLref,QLref分別是UPFC所在線路的有功和無(wú)功功率參考值;PL,QL分別是UPFC所在線路的實(shí)際有功和無(wú)功功率。取UPFC并聯(lián)接入點(diǎn)母線電壓與同步坐標(biāo)系d軸重合,經(jīng)坐標(biāo)變換后,xy坐標(biāo)下串聯(lián)注入電壓相量的實(shí)部和虛部分量表示為式中:θs為母線電壓相量的相位。由式(5)計(jì)算出串聯(lián)注入電壓相量后,即可由式(3)計(jì)算m節(jié)點(diǎn)的注入電流。2.2upfc組合控制變量的解耦控制根據(jù)瞬時(shí)功率理論,UPFC并聯(lián)側(cè)從系統(tǒng)吸收的有功和無(wú)功功率可表示為式中:Vsd,Vsq分別為UPFC并聯(lián)接入點(diǎn)電壓相量的d軸和q軸分量;分別為UPFC并聯(lián)側(cè)電流的d軸和q軸分量。取與同步坐標(biāo)系d軸重合時(shí),則Vsq=0,Vsd=Vs,故式(6)可表示為由式(7)可知,經(jīng)過(guò)dq變換,UPFC并聯(lián)側(cè)實(shí)現(xiàn)了有功和無(wú)功功率的解耦控制。穩(wěn)態(tài)時(shí),UPFC并聯(lián)變流器由系統(tǒng)吸收的有功功率等于串聯(lián)變流器向系統(tǒng)發(fā)出的有功功率,則式中:為線路電流,潮流迭代過(guò)程中是已知量。由式(7)可知,通過(guò)控制并聯(lián)電流的q軸分量可以控制無(wú)功功率Q,進(jìn)而控制UPFC接入點(diǎn)的交流母線電壓,保持其恒定。,并聯(lián)變流器發(fā)出無(wú)功,提升受控母線電壓;,并聯(lián)變流器吸收無(wú)功,降低受控母線電壓?？杀硎緸槭街?KV/s是積分環(huán)節(jié);KV是積分系數(shù);Vsref是UPFC并聯(lián)接入點(diǎn)母線電壓的參考值。由式(8)—(9)分別計(jì)算出UPFC并聯(lián)側(cè)電流的d軸和q軸分量后,利用形如式(5)的坐標(biāo)變換公式,計(jì)算出并聯(lián)電流在xy坐標(biāo)下的實(shí)部分量和虛部分量,至此UPFC并聯(lián)電流相量完全確定。3upfc串聯(lián)注入電壓相量的計(jì)算UPFC潮流控制模型的求解步驟為:(1)由式(4)計(jì)算UPFC串聯(lián)注入電壓相量的d、q軸分量;(2)由式(5)計(jì)算UPFC串聯(lián)注入電壓相量的實(shí)、虛部分量;(3)由式(3)計(jì)算m節(jié)點(diǎn)的注入電流相量;(4)由式(8)計(jì)算UPFC并聯(lián)側(cè)電流的d軸分量;(5)由式(9)計(jì)算UPFC并聯(lián)側(cè)電流的q軸分量;(6)利用坐標(biāo)變換公式(7)計(jì)算UPFC并聯(lián)電流的實(shí)、虛部分量;(7)由式(3)計(jì)算s節(jié)點(diǎn)的注入電流相量。4upfc潮流控制的須然模型依據(jù)圖2,利用PSASP的用戶自定義模型(UD)建立UPFC潮流控制模型時(shí),UD的輸入信息是節(jié)點(diǎn)s和m的電壓模值Vs,Vm和相角θs,θm,以及UPFC所在線路m側(cè)有功功率PL和無(wú)功功率QL,這些值在潮流計(jì)算中由PSASP程序自動(dòng)賦值;UD的輸出信息是s和m節(jié)點(diǎn)的注入電流的實(shí)部和虛部。為簡(jiǎn)化UPFC潮流控制自定義模型,將其分解為若干模塊,每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)部分計(jì)算功能,模塊之間相互連接,從而實(shí)現(xiàn)整體功能。各模塊實(shí)現(xiàn)的功能及模塊間的連接關(guān)系如圖3所示。5upfc安裝目的對(duì)線路潮流的控制作用本文以國(guó)內(nèi)某500kV電網(wǎng)為例來(lái)驗(yàn)證所建UPFC潮流控制模型的合理性和正確性。該電網(wǎng)中500kVSanyang—Zhuoran線路及Sanyang附近的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖4所示,圖中粗線是500kV線路,細(xì)線是220kV線路。UPFC安裝在Sanyang—Zhuoran線路的Sanyang側(cè)?？紤]到UPFC串聯(lián)側(cè)線路電壓最大值和最小值的約束,取UPFC串聯(lián)注入電壓標(biāo)么值的最大值為0.1。未安裝UPFC時(shí),Sanyang母線電壓標(biāo)么值為1.019,500kVSanyang—Zhuoran線路Sanyang端輸送的潮流為229.5-j150.3MVA。安裝UPFC目的是提高Sanyang—Zhuoran線路的功率傳輸水平,進(jìn)而提高該線路的傳輸容量。加入U(xiǎn)PFC后,在設(shè)定UPFC的控制目標(biāo)時(shí),將無(wú)功功率目標(biāo)值設(shè)置為無(wú)UPFC時(shí)線路輸送端的無(wú)功功率值,即QLref=-150Mvar;將Sanyang母線電壓目標(biāo)值設(shè)定為無(wú)UPFC時(shí)的母線電壓值,即Vp.u.sref=1.02?，F(xiàn)將Sanyang—Zhuoran線路輸送的有功功率目標(biāo)值分別設(shè)定為未安裝UPFC時(shí)該線路有功傳輸水平的1.1倍、1.2倍以及1.25倍,在不同控制目標(biāo)下UPFC對(duì)被控線路的潮流控制效果如表1所示,表中V觶ssee為串聯(lián)注入電壓相量。由表1可見,UPFC對(duì)母線電壓和線路潮流都有很好的控制作用。以PLref=286MW為例,安裝UPFC前后與Sanyang節(jié)點(diǎn)相連的500kV及220kV線路的有功功率變化情況如表2所示,其中功率以I節(jié)點(diǎn)至J節(jié)點(diǎn)輸出為正。由表2可見,將Sanyang—Zhuoran線路輸送的有功功率控制到286.047MW時(shí),與Sanyang母線相關(guān)的部分500kV線路和220kV線路傳輸?shù)挠泄β拾l(fā)生了變化,這也驗(yàn)證了UPFC具有調(diào)整系統(tǒng)潮流分布的作用。而Sanyang—Yuhua,Sanyang—Meixian,Sanyang—Liexi的線路功率未發(fā)生變化,由于這些線路的Yuhua,Meixian和Liexi節(jié)點(diǎn)未接入500kV及220kV電網(wǎng),不受Sanyang—Zhuoran線路潮流調(diào)整的影響。6基于潮流控制的up