王平[1]2007年在《UPFC的仿真分析及其控制器设计》文中研究说明灵活交流输电系统(FACTS)，是电力电子技术在电力交流输电系统中应用的一个重要方面，而统一潮流控制器(UPFC)，能分别或同时调节输电线路的电压、阻抗、相角，以及对线路的有功和无功潮流进行快速有效的控制，是一种最灵活的FACTS控制器。首先，本文介绍了UPFC的结构、工作原理、动态模型及研究进展等。其次，在分析UPFC模型的基础上，建立了UPFC在MATLAB平台上的仿真模型；利用MATLAB建立了叁相环形电力系统，将UPFC模型应用到该系统中，着重研究了UPFC对电网电能质量的影响；研究了UPFC对电网故障中电压跌落的补偿作用，以及UPFC对正常系统电压的影响。结果表明，UPFC可保持故障中的系统电压为正弦波；研究了UPFC对故障系统中电网功率的影响，以及UPFC对提高故障系统功率稳定性的作用；对UPFC能够抑制无故障系统中，系统接入电网时的功率冲击进行了研究。此外，经研究发现，单机系统中UPFC内部不同控制通道间，以及两台UPFC间都存在很强的交互作用；给出了时域仿真所采用的电力系统的同步发电机模型，以及装有一台UPFC的单机无穷大系统的整合模型；设计了四个单输入单输出的PI控制器，用以完成UPFC的四个基本功能；经研究发现，多个控制通道之间存在交互影响，并且在不同的运行点下，UPFC多控制通道之间的交互影响并不相同；分析了UPFC控制运行点，对两台UPFC间交互作用的影响。最后，文中提出了一种奇异植分解(SVD singular value decouple)的统一潮流控制器的设计方案，其可减小有功和无功潮流间的动态交互影响。这种SVD控制器的性能，在理论和仿真系统中都得到了评估。所得结果与静态解耦和比例积分控制器相比，表明SVD控制器通过解耦直轴与交轴控制变量的交互作用，可有效减小有功和无功功率的动态交互影响。
王超[2]2004年在《统一潮流控制器物理模型电压源的研究》文中研究说明统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller，UPFC)是灵活交流输电系统(Flexible Alternate Current Transmission System，FACTS)技术最具代表性的成员，是当今电力新技术研究中的一个热点。它的最大特点是能快速精确的控制潮流、增大电力系统的输送能力、提高电力系统的暂态稳定性。 目前，FACTS技术中已有不少成熟的设备投入运行，如SVC(静止无功补偿器)和STATCOM(静止同步补偿器)。而功能最强、可以同时调节电压、阻抗和相角，因而被认为最有发展前途的UPFC还没有得到广泛的应用。针对UPFC的研究目前主要集中在理论分析与仿真计算上。鉴于此，有必要研制出一台实际的物理模型，通过实践来检验UPFC对电力系统参数的统一控制能力，研究其控制规律，为UPFC的开发与应用积累经验。 本文针对一个10KVA UPFC的模型，详细介绍了该模型的硬件结构及各组成部分的功能，理论分析了它的工作原理和控制能力以及弱电部分的电路设计。对IGBT逆变桥采用了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术，该技术具有直流电压利用率高的优点。对电压源部分进行了重点阐述和分析，推导出了电压源的数学模型，并对模型进行了离散化和修正，使之具有较强的稳定性和抗扰动能力。在简单、实用的原则下设计了电压源的控制算法，采用了最少拍无波纹控制。仿真结果表明该控制器对阶跃输入有比较理想的响应，对正弦输入存在一定的稳态误差。根据误差分析，引入了基于智能积分的正弦稳态误差补偿器。将这两种方法结合的数学仿真实验表明：可实现对系统正弦稳态误差的完全补偿，且过渡过程时间较短，一般只有2～3个工频周期。从而证明了该控制算法的有效性。
李霄燕, 李兰英, 黄振宇, 柳焯, 陈寿孙[3]1997年在《统一潮流控制器物理模型的研究与实现》文中指出文中用两个统一格式的背靠背逆变器实现了统一潮流控制器物理模型，开关元件采用绝缘栅双极型晶闸管构成的智能功率模块。统一潮流控制器的控制系统包含两个部分：双桥协调控制部分和两路完全相同的幅值、频率、相角控制部分。控制系统的硬件实现中采用模拟和数字相结合的方法来产生所需的控制信号；软件实现采用模块化的设计方法。针对谐波问题在装置中引入了ＬＣ滤波器。物理仿真实验结果表明本装置达到了控制性能要求，证明了统一潮流控制器对电网调控的有效性。
周滨[4]2007年在《电力系统小干扰振荡模式分析》文中研究表明统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller，简称UPFC)是灵活交流输电系统FACTS(Flexible AC Transmission System)设备中功能最强、最有应用前景的一种装置。该装置的功能包括电压调整、串联补偿、相角调整、及多功能潮流控制等。它能增加电力传输容量，提供电压支撑，有效地阻尼系统的振荡，从而提高了输电系统的可靠性。通过选取统一潮流控制器(UPFC)结彀中一个换流器的串联控制输出电压，可使UPFC处于改变线路电抗等情况使用。本论文主要研究了电力系统低频振荡及UPFC在电力系统低频振荡控制中应用的有关问题，其主要内容有：根据功率端的概念和机组——功率端结构模式，分析机组——功率端结构模式的振荡模式，介绍了电力系统机组振荡模式的辨识方法。以贵州安顺电厂2号机在枯大方式下对广东的振荡模式为例，用小干扰的分析方法进行分析，对机组振荡进行了仿真，以证明统一潮流控制器对低频振荡的阻尼特性和抑制效果。最后，运用BPA程序得到△δ—t曲线和Prony算法辨识出系统中各发电机组的振荡模式，得出安顺电厂2号机在枯大方式下在功率端有一定负荷的扰动情况时易诱发低频振荡，根据统一潮流控制器(UPFC)的模型，调整控制参数以达到提高机组的阻尼比ξ，仿真结果表明根据功率端概念及发电机组的振荡模式配置的统一潮流控制器(UPFC)对小干扰振荡有显着的抑制效果。
陈光大[5]2004年在《统一潮流控制器物理模型研究》文中研究表明FACTS(Flexible AC Transmission System,柔性交流输电系统)技术是电力电子技术、现代控制技术及计算机技术相结合的产物,它通过对输电系统的母线电压、输电线路电抗和相位角的控制,快速实现线路的有功和无功潮流调整,从而能有效提高交流系统的稳定性,同时,使传统的交流输电系统的传输能力得以提高,输电线路得到了充分利用,满足电力系统安全、可靠和经济运行的目标。UPFC(Unified Power Flow Controller,统一潮流控制器)是FACTS设备中功能最强的设备之一,其目的在于为交流输电系统的实时控制和动态补偿提供必要的、更有效、更灵活的方法。UPFC改变了传统FACTS设备只能针对某一或某些参数分别控制的方法,将并联设备和串联设备有机地结合到一起,因而可以实时地、有选择性地影响与传输线潮流相关的几乎所有因素,可以同时或分别控制诸如线路有功功率、无功功率、电压、电抗和相角等参数,从而解决在电力系统功率输送中的一系列问题,具有极好的发展前景。正因为如此,它的研究和应用已以引起了本行业科学工作者越来越广泛的关注。 本文通过构建一总容量为20KVA的UPFC物理模型实际工作出发,深入研究UPFC的原理、结构、控制策略、控制方法、实现方法等多方面的问题,重点在底层控制器的控制及实现。所研制的UPFC物理模型也将作为一完整的设备用于实验室的各种科研和教学目的。 本文的主要研究内容包括: 1、UPFC的原理研究。从静态的角度详细分析了UPFC的工作机理及调控范围,并通过与常规FACTS设备的比较说明了UPFC的优越特性。在此基础上,给出了UPFC的各种工作模式及对应的控制策略。这些均是构建UPFC物理模型的设计基础。 2、UPFC物理模型的主功率级研究。考虑到实用性、可扩展性等多方面的因素,经分析和研究确定模型的主功率级均采用以IGBT为开关器件的基本叁相电压型逆变桥拓扑结构。因此,不论对于并联电流源还是串联电压源,为最大限度地利用直流侧电压,其调制方法均选择为SVPWM。论文从SVPWM的基本原理出发,导出了一种适用于数字化实现的SVPWM快速算法,该方法的主体连同相应的抗饱和机制,较其它同类算法相比更简单、有效、可靠,避开了复杂的坐标变换和大量的算术和叁角函数运算。然后,从实际应用角度出发,针对SVPWM逆变桥的容量和谐波问题,探讨了基于SVPWM多桥并联的方法,并对该方法进行了较为详尽的分析和研究,证明了方法的有效性。进而,在上述讨论的基础上,给出了所研制UPFC物理模型与主回路相关的设计思想、关键技术问题及电路参数。 3、UPFC控制系统硬件实现问题。考虑到UPFC控制系统的复杂型,确立了基于多层结构的UPFC控制系统硬件设计原则,提出了UPFC物理模型各控制器的基本结构及实现方法,采用了先进的DSP处理器加以实现,并完成了所有系统硬件设计、安装和相应的调试工作。 4.测量算法研究。在UPFC控制器中,要得到良好的控制品质,信号的快速测量是基本的保证。为实现UPFC物理模型中电信号的有效值、有功功率、无功功率、相角和电抗等的快速测量,研究了使用DFT原理、基于滑动窗口的电量瞬时测量方法,并在此基础上提出了具有最小计算量的递推算法和可克服累积误差的快速算法。从而使UPFC的快速控制成为可能。 5.并联电流源的控制问题。首先,建立了电流源广义控制对象数学模型。在此基础上,探讨并研究了叁种用于对正弦信号进行跟踪的电流源瞬时控制方法,即:基本闭环控制(最小拍控制)、基于神经网络的电流源预测控制及基于神经网络预测和模糊
刘志宏[6]2007年在《统一潮流控制器（UPFC）的建模与仿真研究》文中进行了进一步梳理统一潮流控制器(UPFC)是灵活交流输电系统(FACTS)中，最具代表性和最多样化的装置。它能实现对输电系统的电压、阻抗、功角、有功功率和无功功率参数的快速动态调节，扩大输电系统的输送能力，提高电力系统的稳定性，优化电力系统运行，是当前FACTS的研究热点之一。本文详细分析了UPFC的基本原理、模型实现和控制系统，并在考虑电容器动态作用的UPFC模型基础上，结合传统的PID控制，采用d-q解耦控制策略，在MATLAB环境下，对含UPFC的系统进行了潮流调节和电压稳定性的仿真分析。研究结果表明：UPFC可以控制线路的潮流分布，显着地提高系统的电压稳定性。
颜楠楠[7]2006年在《UPFC交互影响分析及控制器协调设计》文中提出随着电力系统的发展和对系统运行要求的不断提高,FACTS技术的应用越来越广泛。统一潮流控制器UPFC是新一代的灵活交流输电装置,综合了多种控制功能于一身。但是强大的多控制功能所带来的问题之一就是各个控制器间的交互影响及协调设计问题。本论文围绕这一课题在以下几个方面展开了深入研究: 本文首先简要介绍了灵活交互输电系统的研究现状,提出了利用灵活交互输电技术,特别是统一潮流控制器以满足电力系统安全稳定运行的迫切需求。系统全面综述了目前已发现的FACTS控制器间的交互影响及分析方法,并对FACTS协调控制策略进行了分类。 其次,介绍了奇异值分解法的基本理论,提出可以定量评价系统交互影响程度的指标,条件数κ和交互角θ,对含有UPFC的SMIB系统进行测试。为进一步研究电力系统中FACTS控制器间的交互影响及协调设计问题奠定了基础。 接着,以统一潮流控制器UPFC为研究对象,简要介绍了其动态数学模型和控制策略,并在多机电力系统中推导了装有UPFC的Philips—Heffron数学模型。综述了目前研究FACTS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,SVD理论分析及时域仿真结果基本一致,验证了所提分析方法的有效性。 最后,将UPFC多功能控制器的协调问题转化为一多目标优化问题,采用多目标粒子群优化算法(MOPSO)优化控制器参数,并引入模糊机制从Pareto解集中选择最佳折衷解。为验证算法的有效性,与多目标进化算法进行比较,研究结果显示所提出的算法能够快速收敛,产生良好分布的Pareto解集。时域仿真验证采用所提出的协调控制策略可以得到满意的控制性能。
黄振宇, 赵亮, 陈寿孙, 张宝霖[8]1997年在《电力系统动态分析中统一潮流控制器的模型研究》文中研究说明根据功能要求，详细分析了统一潮流控制器的动态运行机理及其控制系统，将其控制系统分为内部控制和外部控制两个部分，跟机电过程密切相关的是外部控制部分。在总结了已有的统一潮流控制器动态模型的基础上，提出了包含直流电容器动态过程的动态模型，简单说明了这一模型在电力系统机电动态稳定性分析及小干扰稳定性分析中的应用，并从电磁仿真和物理模型的研究成果出发对不同的动态模型的特点作了简单的分析，提出了今后需进一步研究的问题。
孙健[9]2014年在《智能电网暂态故障检测和电流过载预防控制研究》文中研究说明随着我国经济的高速发展，电力能源需求不断增大，电力系统变得越来越庞大和复杂。由于新的电力设备不断被接入电网中，外部干扰下电网的安全隐患增大。电力系统网络是一非线性、规模大、强耦合、动态的复杂系统，传统电力网络监控系统的测量、计算、控制，通信缺乏广泛的协作，其灵活性和效率还有待提高。智能电网的出现为上述问题的解决提供了新的机遇。面向智能电网，研究新的理论和方法提高电力系统的可靠性和安全性具有重要的意义。本文围绕提高电力系统暂态安全性，对其故障检测方法，预防控制策略展开研究。根据电力系统的传输和动态特性，构建集成统一潮流控制器(Unified PowerFlow Controller, UPFC)的电力系统暂态数学模型。提出了基于极点配置局部递归全局前馈((Locally Recurrent Global Forward, LRGF)动态神经网络建模方法，并分别讨论了基于小波提升和基于在线自适应主元分解的电网暂态故障检测。最后，针对电力系统传输线路电流过载和暂态非稳定情况，提出了采用UPFC作为控制手段，基于障碍函数和能量函数的一种预防控制策略。仿真结果验证了提出方法的有效性。①针对电网暂态过程基于数据的建模，提出了一种基于极点配置LRGF神经网络。由于对于动态神经元的极点存在于实轴上和一对共轭复数极点两种情况，为了避免参数到稳定区域投影的复杂性，提出的神经网络将隐层神经元内动态滤波器的极点被划分为依据极点的情况将神经元分成实极点和复极点两部分，通过函数权值的方法将这两种情况极点的动态部分加权输出，同时针对这种新的神经网络特别的采用了求导梯度下降的学习算法，通过极点投影和权值调节学习计算实现对电网暂态特性建模。②针对电网暂态故障检测中残差信号分析，提出了一种基于小波提升和自适应阈值的检测方法。根据残差信号和小波函数最优设计原理自适应地设计小波预测算子和更新算子。通过小波提升方法，将极点配置LRGF动态神经网络输出与电力系统输出作差得到的残差信号分解为细节信号和逼近信号提取故障特征。通过自适应阈值检测细节信号和逼近信号，以及容忍时间方法检测缓变和突变故障。仿真结果验证了此方法在电网暂态故障检测中的有效性。③针对电网在线暂态故障检测中残差信号分析中数据处理问题，提出了一种基于在线自适应主元分解算法。提出的在线自适应主成份分解算法通过以残差信号为输入的主元向量迭代，快速计算主元特征向量，建立主元模型。通过主元变换降低被检测信号维度，得到残差信号的主元得分。根据主元得分计算T2统计变量和Q统计变量。通过T2统计量反应系统PCA模型内部变化，Q统计量反应PCA模型与信号偏差的原理，检测系统故障。仿真实例验证了算法的有效性。④为应对电网暂态过程中电网传输线路电流过载，在统一潮流控制器(UPFC)下，提出了基于障碍函数和能量函数的暂态电流过载预防控制方法。通过能量函数方法分析电力系统在故障后的暂态稳定性。根据稳定分析结果，实施预防控制策略。与基于仿真法和人工智能法的预防控制不同，文中通过构建了一种由电网能量函数和障碍函数组成的控制李亚普诺夫函数，得到控制率。控制器通过障碍函数约束边界数值无穷大的特性，以及统一潮流控制器的作用，阻止电网传输线路暂态电流过载。采用最近非稳定平衡点UEP的方法分析控制系统的稳定性，并通过优化算法调节障碍函数重塑系统稳定区域。通过对3节点电力系统和162节点电力系统的仿真结果证明了本文提出的预防控制方法的有效性。
邓大磊[10]2013年在《基于变结构控制的统一潮流控制器控制策略研究》文中指出柔性交流输电系统(flexible AC transmission ststem, FACTS)装置无需机组重新调度也无需改变网络拓扑就能实现电网参数的柔性调节,优化电网潮流分布,充分挖掘现有设备的输电潜力,降低电网运行风险。统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)作为潮流调节能力较强的一种混合型FACTS装置,其对输电线路具有灵活的调节能力。本文在介绍柔性交流输电的发展及所取得成果的基础上,详细阐述了UPFC的理论研究和应用现状,分析了UPFC的工作特性。本文主要进行了以下叁个方面的工作：首先,针对UPFC在同步旋转dq坐标系下的数学模型仍具有强耦合、非线性的特性,通过对该模型增加一次从dq到αβ的坐标变换实现系统模型的完全解耦。在此解耦模型的基础上采用变结构控制原理对UPFC进行控制器的设计,实现了UPFC稳定母线电压和调节输电线路潮流的功能。其次,在对含UPFC的单机无穷大系统工作机理进行研究分析的基础上,将UPFC等效为可控电流源和可控电压源,建立了考虑发电机励磁系统和汽门调节系统的含UPFC的单机无穷大系统7阶非线性数学模型。采用逆系统方法对该非线性模型实现解耦线性化。在此解耦模型的基础上,利用变结构控制原理为解耦后的模型设计控制器,实现了在单机系统中UPFC抑制系统振荡,维持发电机功角、频率、并联侧接入点电压稳定及稳定线路传输有功功率的功能。最后,通过UPFC串联变流器来实现静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator, SSSC)的功能。考虑到SSSC交流侧电压幅值和相角以及直流侧电容电压的动态调节过程,在dq坐标系下建立了SSSC的非线性数学模型,针对这一模型,本文采用精确线性化方法将原系统模型转化为线性系统并应用变结构控制设计SSSC的控制器,实现了SSSC提高电网输电能力的性能。
参考文献：
[1]. UPFC的仿真分析及其控制器设计[D]. 王平. 南昌大学. 2007
[2]. 统一潮流控制器物理模型电压源的研究[D]. 王超. 武汉大学. 2004
[3]. 统一潮流控制器物理模型的研究与实现[J]. 李霄燕, 李兰英, 黄振宇, 柳焯, 陈寿孙. 清华大学学报(自然科学版). 1997
[4]. 电力系统小干扰振荡模式分析[D]. 周滨. 贵州大学. 2007
[5]. 统一潮流控制器物理模型研究[D]. 陈光大. 武汉大学. 2004
[6]. 统一潮流控制器（UPFC）的建模与仿真研究[D]. 刘志宏. 南昌大学. 2007
[7]. UPFC交互影响分析及控制器协调设计[D]. 颜楠楠. 浙江大学. 2006
[8]. 电力系统动态分析中统一潮流控制器的模型研究[J]. 黄振宇, 赵亮, 陈寿孙, 张宝霖. 清华大学学报(自然科学版). 1997
[9]. 智能电网暂态故障检测和电流过载预防控制研究[D]. 孙健. 重庆大学. 2014
[10]. 基于变结构控制的统一潮流控制器控制策略研究[D]. 邓大磊. 西南交通大学. 2013
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