电力系统不同运行方式下UPFC交互影响研究

曹磊

摘 要：随着电力电子技术、计算机技术、控制技术的不断发展，电力工业技术也取得了许多新的进步，其中一个重大的成就就是柔性交流输电系统（FACTS）的提出和应用。柔性交流输电系统是在现代交流输电系统的基础上，应用电力电子技术和现代控制理论，实现对交流输电系统参数以及网络结构的灵活快速控制。UPFC（统一潮流控制器）是一种功能最强大、特性最优越的新一代柔性交流输电装置，也是迄今为止通用性最好的FACTS装置，综合了FACTS元件的多种灵活控制手段，它包括了电压调节、串联补偿和移相等所有能力，它可以同时并非常快速的独立控制输电线路中有功功率和无功功率。UPFC可以控制线路的潮流分布，有效地提高电力系统的稳定性。

关键词：电子技术；控制技术；电力系统

1 研究内容

随着UPFC装置在智能电网中广泛应用，在UPFC装置的控制器中有一个问题必须加以考虑：智能电网中同一UPFC装置的不同控制通道之间，UPFC装置与其它电力设备之间以及多个UPFC装置之间是否存在交互影响，UPFC装置能否提高智能电网灵活性和可靠性。交互影响可以做如下定义：“在一个多变量系统中，交互是指在传输中某个操作输入变量影响一系列测量输出变量，或者是某个输出被许多输入所影响。”另一方面，如果交互影响增强了控制效果，则称这种交互影响为正交互；如果交互影响的结果使系统不稳定或是减弱了控制效果，则称这种交互影响是负交互。近年来越来越多的研究表明：单个UPFC装置的多个控制回路之间，多台UPFC装置之间以及UPFC装置与电力系统其他控制设备（如电力系统稳定器，AVR，HVDC等）之间确实存在一定的交互负影响，并将对电力系统的运行和控制带来重大影响。

2 研究目的

①定量分析UPFC装置之间可能存在的这种交互负作用对智能电网稳定性的影响；

②改进原有的算法上，通过多个UPFC装置的协调控制来提高智能电网的安全运行水平；

③对原有的UPFC控制策略进行改进；

电力系统稳定分析和控制在经历了中外学者几十年的研究和探索，已取得了丰硕的成果。随着电力电子技术的发展，以电力电子技术和现代控制技术为基础的FACTS技术因对系统暂态过程及事故后系统的恢复具有快速灵活的调节能力，对提高电力系统稳定水平具有十分重要的意义。它是是综合电力电子技术，微处理和微电子技术，通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术，它将原本不可控的电网变的全面可控，从而大大的提高电力系统的高度灵活性和稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提高。

发展智能电网是中国电网发展的必然趋势。中国的智能电网是以特高压输变电为基础，且需要综合考虑新能源的接入、分布式能源的隔离等技术，所以，以电力电子为主要特征的柔性交流输电系统需求迅速增长。将电力电子技术与现代控制技术相结合，通过对智能电网参数的连续调节控制，可以大幅度降低输电损耗，提高输电线路输送能力和保障智能电网可靠、稳定、安全的运行。

然而，UPFC装置在智能电网中的应用给智能电网的稳定分析和控制又带来了新的研究课题---如何在实际智能电网分析和计算中模拟这些新型元件和控制系统的功能；如何在智能电网中加装UPFC元件；如何设计UPFC元件控制器；以及UPFC元件之间如何协调等都有待于进一步研究。

另外，多台UPFC控制器之间的交互影响与协调却一直是实际应用中需要解决的难题。随着安装在智能电网中UPFC装置的日益增多，多个UPFC控制器间的交互影响问题得到愈来愈多的关注。因此探索新理论、新技术和新方法，通过多个UPFC器件的协调控制来提高电力系统的安全运行水平，是智能电网可靠运行研究的一个重要课题。

3 关键技术

第一，以统一潮流控制器UPFC为研究对象，探究和改善其动态数学模型和控制策略，并在多机电力系统中推导装有UPFC的Philipe一Heffron数学模型。根据目前研究AFCTS元件装设地点的常用方法，引入基于SVD的交互影响分析方法可以定量的评价各控制器间的交互强烈程度。将所提出的方法应用到新英格兰10机39节点系统，通过计算得出UPFC合理的安装位置，根据SVD理论分析及时域仿真结果，验证所提分析方法的有效性。

第二，针对电力系统在智能电网中的非线性本质，采用数学工具分析UPFC多个功能控制器间交互作用对智能电网稳定性的影响。运用非线性交互指标用来定量地评价多台UPFC之间、UPFC和UPFC之间、UPFC多个功能控制器之间在智能电网中的交互强烈程度；在多机电力系统研究实例中，通过理论分析与时域仿真验证了所提分析方法在智能电网系统中的有效性。

第三，UPFC的控制策略和控制方法的研究。對原有的研究方法进行改进，通过建立适当的数学模型，借助仿真工具软件，模拟系统的工作过程，研究控制器的控制作用效果；或者通过模型的精简，借助于传统的潮流计算，为分析统一潮流控制器的潮流控制特性，提出一种计及统一潮流控制器控制作用的潮流计算方法。

4 总结

柔性交流输电技术和智能电网技术作为新的技术，都是由美国科学家倡导并在国际上一直领导着这一领域的研究与开发。我国作为一个经济正在腾飞的大国，积极跟踪、参与这一高新技术的研究与开发，并争取在一些方面处于领先地位，这对我国电力经济的持续稳定地发展，有着极为重要的战略意义。endprint