用于UPFC的串、并聯(lián)雙變流器控制策略研究.pdf

1、本文對(duì)用于UPFC的串、并聯(lián)雙變流器控制策略進(jìn)行了研究。文章針對(duì)目前UPFC研究中存在的問題，進(jìn)行了以下六個(gè)方面的工作。首先，本文詳細(xì)分析了UPFC系統(tǒng)在潮流調(diào)節(jié)的過(guò)程中各部分吸收、發(fā)出有功/無(wú)功功率的變化情況，并首次在三維空間中繪出了各部分的功率運(yùn)行曲面，為有效選取UPFC各部分的功率容量和判斷潮流控制方案的可行性提供了一個(gè)直觀的手段。通過(guò)觀察UPFC輸出側(cè)線路潮流的運(yùn)行曲面，可以發(fā)現(xiàn)功率曲面上的每一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)都是唯一的與一個(gè)UPFC串

2、聯(lián)輸出電壓相對(duì)應(yīng)的。但對(duì)于UPFC串聯(lián)部分注入電網(wǎng)的功率而言，一定的功率運(yùn)行點(diǎn)可能對(duì)應(yīng)多個(gè)串聯(lián)輸出電壓。因此只能通過(guò)控制UPFC串聯(lián)輸出電壓來(lái)控制線路傳輸功率潮流。通過(guò)對(duì)UPFC電壓控制特性的討論得出，為了維持UPFC輸入端電壓恒定必須由其并聯(lián)部分補(bǔ)償適當(dāng)?shù)臒o(wú)功功率，其關(guān)系近似呈一種線性關(guān)系。同時(shí)分析表明，在UPFC輸入端電壓幅值維持不變的情況下，UPFC輸出端線路無(wú)功傳輸潮流的變化和UPFC串聯(lián)部分吸收的無(wú)功功率實(shí)際上是由UPFC的并

3、聯(lián)部分提供的；UPFC端電壓幅值的控制既可以從并聯(lián)側(cè)控制也可以從串聯(lián)側(cè)控制，同樣線路傳輸無(wú)功潮流也可以有兩種不同的控制手段。其次，針對(duì)UPFC并聯(lián)變換器的運(yùn)行要求，指出了其主電路參數(shù)選取過(guò)程中應(yīng)注意的問題并給出了一套有效的主電路參數(shù)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)選擇合適的電路參數(shù)可以使得并聯(lián)部分更容易達(dá)到相應(yīng)的控制目標(biāo)，為整個(gè)UPFC系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供了保證。在此基礎(chǔ)上，本文給出了相應(yīng)的解耦控制方案和控制器設(shè)計(jì)方法并針對(duì)并聯(lián)變換器單獨(dú)作為STATCOM

4、運(yùn)行的情況討論了幾種不同的電壓控制模式及效果。此外，還討論了SSSC和DVR的控制系統(tǒng)及其在實(shí)際系統(tǒng)中平滑切入電網(wǎng)的過(guò)程，并通過(guò)建立SSSC的小信號(hào)模型設(shè)計(jì)出相應(yīng)的SSSC直流母線電壓控制器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有良好的性能。SSSC到底會(huì)不會(huì)引發(fā)次同步振蕩？目前有不同的說(shuō)法，本文通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)表明SSSC在阻抗模擬模式下若控制不適當(dāng)則有可能引發(fā)次同步諧振。最后，本文對(duì)目前所提出的幾種主要UPFC潮流控制方法做出了詳細(xì)的分析

5、和比較，并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明采用交叉耦合控制方案的UPFC系統(tǒng)潮流控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，但潮流控制過(guò)程中有功、無(wú)功潮流控制相互影響較小。而采用交叉解耦控制的UPFC系統(tǒng)能得到較好的動(dòng)態(tài)潮流控制能力，但潮流控制的過(guò)程中會(huì)引起較大的耦合潮流波動(dòng)。協(xié)調(diào)控制實(shí)際上是對(duì)于并聯(lián)變換部分加上適當(dāng)?shù)那梆佊泄?、無(wú)功指令，從而改善UPFC系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)端電壓和直流母線電壓控制能力，但對(duì)于無(wú)功潮流的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能沒有改善作用?；诶碚摲治?，本文首次提出

6、了一種有別于以上傳統(tǒng)UPFC潮流控制方案的新思路，在這種控制方案中UPFC的并聯(lián)部分被用來(lái)控制UPFC直流母線電壓和線路傳輸無(wú)功潮流，而串聯(lián)部分被用來(lái)控制線路傳輸有功潮流和UPFC輸入端電壓。由于串聯(lián)部分直接控制UPFC輸入端電壓，就像一個(gè)具有有功潮流控制能力的DVR，因此在潮流變化時(shí)可以獲得更小的電壓波動(dòng)。同時(shí)，由于通過(guò)控制并聯(lián)部分的無(wú)功輸出來(lái)直接控制線路無(wú)功潮流，因此可以得到更快的無(wú)功潮流控制能力。仿真和實(shí)驗(yàn)表明了這種控制方案的可行

7、性，雖然這種方案對(duì)線路傳輸有功潮流控制的動(dòng)態(tài)性能沒有改善，但其無(wú)功潮流控制動(dòng)態(tài)效果要優(yōu)于傳統(tǒng)的交叉耦合控制且在調(diào)節(jié)過(guò)程中不會(huì)引起較大的有功潮流波動(dòng)。此外，分析表明這種控制方案對(duì)線路參數(shù)的變化不敏感，因此在不能精確知道線路阻抗的情況下，這種新型的UPFC潮流控制方案是一種有效改善潮流控制動(dòng)態(tài)特性的選擇。本文建立了UPFC硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并在國(guó)內(nèi)首先對(duì)UPFC調(diào)節(jié)線路潮流的各種控制方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了大量有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)UPFC的控制