基于并联侧电流的upfc潮流控制策略

基于并联侧电流的upfc潮流控制策略

0upfc的潮流控制单一趋势检测器（hplc）是一种多功能检测器。它的主要功能包括趋势控制、系统的暂时稳定和系统的振动。其中，趋势控制是最基本的功能。在UPFC潮流控制建模方面已有较多研究。文献结合牛顿-拉夫逊法来求解电网潮流,该方法需要修改UPFC所在线路的潮流方程对应的雅可比矩阵元素。文献直接利用传统潮流程序计算,将UPFC并联变流器连接母线设为PV节点,串联变流器连接的另一新增节点设为PQ节点,该方法的缺点是限于UPFC所在线路的有功和无功潮流被同时控制的情况,且需要改变UPFC接入点的节点类型。关于UPFC的潮流控制方法,一般是采用解耦控制:用UPFC串联注入电压的d轴分量控制线路的无功潮流,用q轴分量控制线路的有功潮流。文献[12-14]基于商业软件建立了UPFC潮流模型,其中文献将UPFC与电力系统仿真工具PST进行接口。文献[13-14]虽然基于电力系统分析综合程序(PSASP)的自定义功能建立了UPFC的潮流模型,但文献将UPFC用等值发电机表示,不能体现UPFC的实际结构。文献通过改变UPFC与网络接口节点的注入功率来实现含有UPFC的潮流控制,不能实现功率、电压的灵活组合控制。本文利用PSASP的用户自定义功能建立UPFC潮流控制模型,通过改变UPFC与网络接口节点的注入电流实现对线路潮流和母线电压的控制。算例仿真表明,所建模型正确、有效。1upfc等价电路进行系统分析时,UPFC可用图1所示的等值电路来表示。图1中,分别为串联电压源和并联电压源;分别为串联支路电流和并联支路电流;Xse、Xsh分别为UPFC串联变压器和并联变压器的等值电抗。考虑到式(1)和式(2),则图1所示的UPFC等值电路可用图2所示的受控电流源的形式来表示。图2中,s,m节点的注入电流表示为2upf运动轨迹检测模型2.1upfc的建立UPFC串联侧变流器是通过向系统注入电压来控制线路潮流的,串联注入电压可分解为与同相位的纵分量和与正交的横分量,纵分量主要影响相量的幅值;横分量主要影响相量的相位。因此,改变就可以控制线路上的有功功率,改变就可以控制线路上的无功功率。可表示为觶觶se觶觶觶觶式中:Ki/s是积分环节(i=p,q);Kp,Kq是积分系数;PLref,QLref分别是UPFC所在线路的有功和无功功率参考值;PL,QL分别是UPFC所在线路的实际有功和无功功率。取UPFC并联接入点母线电压与同步坐标系d轴重合,经坐标变换后,xy坐标下串联注入电压相量的实部和虚部分量表示为式中:θs为母线电压相量的相位。由式(5)计算出串联注入电压相量后,即可由式(3)计算m节点的注入电流。2.2upfc组合控制变量的解耦控制根据瞬时功率理论,UPFC并联侧从系统吸收的有功和无功功率可表示为式中:Vsd,Vsq分别为UPFC并联接入点电压相量的d轴和q轴分量;分别为UPFC并联侧电流的d轴和q轴分量。取与同步坐标系d轴重合时,则Vsq=0,Vsd=Vs,故式(6)可表示为由式(7)可知,经过dq变换,UPFC并联侧实现了有功和无功功率的解耦控制。稳态时,UPFC并联变流器由系统吸收的有功功率等于串联变流器向系统发出的有功功率,则式中:为线路电流,潮流迭代过程中是已知量。由式(7)可知,通过控制并联电流的q轴分量可以控制无功功率Q,进而控制UPFC接入点的交流母线电压,保持其恒定。,并联变流器发出无功,提升受控母线电压;,并联变流器吸收无功,降低受控母线电压。可表示为式中:KV/s是积分环节;KV是积分系数;Vsref是UPFC并联接入点母线电压的参考值。由式(8)—(9)分别计算出UPFC并联侧电流的d轴和q轴分量后,利用形如式(5)的坐标变换公式,计算出并联电流在xy坐标下的实部分量和虚部分量,至此UPFC并联电流相量完全确定。3upfc串联注入电压相量的计算UPFC潮流控制模型的求解步骤为:(1)由式(4)计算UPFC串联注入电压相量的d、q轴分量;(2)由式(5)计算UPFC串联注入电压相量的实、虚部分量;(3)由式(3)计算m节点的注入电流相量;(4)由式(8)计算UPFC并联侧电流的d轴分量;(5)由式(9)计算UPFC并联侧电流的q轴分量;(6)利用坐标变换公式(7)计算UPFC并联电流的实、虚部分量;(7)由式(3)计算s节点的注入电流相量。4upfc潮流控制的须然模型依据图2,利用PSASP的用户自定义模型(UD)建立UPFC潮流控制模型时,UD的输入信息是节点s和m的电压模值Vs,Vm和相角θs,θm,以及UPFC所在线路m侧有功功率PL和无功功率QL,这些值在潮流计算中由PSASP程序自动赋值;UD的输出信息是s和m节点的注入电流的实部和虚部。为简化UPFC潮流控制自定义模型,将其分解为若干模块,每个模块实现部分计算功能,模块之间相互连接,从而实现整体功能。各模块实现的功能及模块间的连接关系如图3所示。5upfc安装目的对线路潮流的控制作用本文以国内某500kV电网为例来验证所建UPFC潮流控制模型的合理性和正确性。该电网中500kVSanyang—Zhuoran线路及Sanyang附近的电网结构如图4所示,图中粗线是500kV线路,细线是220kV线路。UPFC安装在Sanyang—Zhuoran线路的Sanyang侧。考虑到UPFC串联侧线路电压最大值和最小值的约束,取UPFC串联注入电压标么值的最大值为0.1。未安装UPFC时,Sanyang母线电压标么值为1.019,500kVSanyang—Zhuoran线路Sanyang端输送的潮流为229.5-j150.3MVA。安装UPFC目的是提高Sanyang—Zhuoran线路的功率传输水平,进而提高该线路的传输容量。加入UPFC后,在设定UPFC的控制目标时,将无功功率目标值设置为无UPFC时线路输送端的无功功率值,即QLref=-150Mvar;将Sanyang母线电压目标值设定为无UPFC时的母线电压值,即Vp.u.sref=1.02。现将Sanyang—Zhuoran线路输送的有功功率目标值分别设定为未安装UPFC时该线路有功传输水平的1.1倍、1.2倍以及1.25倍,在不同控制目标下UPFC对被控线路的潮流控制效果如表1所示,表中V觶ssee为串联注入电压相量。由表1可见,UPFC对母线电压和线路潮流都有很好的控制作用。以PLref=286MW为例,安装UPFC前后与Sanyang节点相连的500kV及220kV线路的有功功率变化情况如表2所示,其中功率以I节点至J节点输出为正。由表2可见,将Sanyang—Zhuoran线路输送的有功功率控制到286.047MW时,与Sanyang母线相关的部分500kV线路和220kV线路传输的有功功率发生了变化,这也验证了UPFC具有调整系统潮流分布的作用。而Sanyang—Yuhua,Sanyang—Meixian,Sanyang—Liexi的线路功率未发生变化,由于这些线路的Yuhua,Meixian和Liexi节点未接入500kV及220kV电网,不受Sanyang—Zhuoran线路潮流调整的影响。6基于潮流控制的up