電力系統不同運行方式下UPFC交互影響研究

曹磊

摘 要：隨著電力電子技術、計算機技術、控制技術的不斷發展，電力工業技術也取得了許多新的進步，其中一個重大的成就就是柔性交流輸電系統（FACTS）的提出和應用。柔性交流輸電系統是在現代交流輸電系統的基礎上，應用電力電子技術和現代控制理論，實現對交流輸電系統參數以及網絡結構的靈活快速控制。UPFC（統一潮流控制器）是一種功能最強大、特性最優越的新一代柔性交流輸電裝置，也是迄今為止通用性最好的FACTS裝置，綜合了FACTS元件的多種靈活控制手段，它包括了電壓調節、串聯補償和移相等所有能力，它可以同時并非常快速的獨立控制輸電線路中有功功率和無功功率。UPFC可以控制線路的潮流分布，有效地提高電力系統的穩定性。

關鍵詞：電子技術；控制技術；電力系統

1 研究內容

隨著UPFC裝置在智能電網中廣泛應用，在UPFC裝置的控制器中有一個問題必須加以考慮：智能電網中同一UPFC裝置的不同控制通道之間，UPFC裝置與其它電力設備之間以及多個UPFC裝置之間是否存在交互影響，UPFC裝置能否提高智能電網靈活性和可靠性。交互影響可以做如下定義：“在一個多變量系統中，交互是指在傳輸中某個操作輸入變量影響一系列測量輸出變量，或者是某個輸出被許多輸入所影響。”另一方面，如果交互影響增強了控制效果，則稱這種交互影響為正交互；如果交互影響的結果使系統不穩定或是減弱了控制效果，則稱這種交互影響是負交互。近年來越來越多的研究表明：單個UPFC裝置的多個控制回路之間，多臺UPFC裝置之間以及UPFC裝置與電力系統其他控制設備（如電力系統穩定器，AVR，HVDC等）之間確實存在一定的交互負影響，并將對電力系統的運行和控制帶來重大影響。

2 研究目的

①定量分析UPFC裝置之間可能存在的這種交互負作用對智能電網穩定性的影響；

②改進原有的算法上，通過多個UPFC裝置的協調控制來提高智能電網的安全運行水平；

③對原有的UPFC控制策略進行改進；

電力系統穩定分析和控制在經歷了中外學者幾十年的研究和探索，已取得了豐碩的成果。隨著電力電子技術的發展，以電力電子技術和現代控制技術為基礎的FACTS技術因對系統暫態過程及事故后系統的恢復具有快速靈活的調節能力，對提高電力系統穩定水平具有十分重要的意義。它是是綜合電力電子技術，微處理和微電子技術，通信技術和控制技術而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術，它將原本不可控的電網變的全面可控，從而大大的提高電力系統的高度靈活性和穩定性，使得現有輸電線路的輸送能力大大提高。

發展智能電網是中國電網發展的必然趨勢。中國的智能電網是以特高壓輸變電為基礎，且需要綜合考慮新能源的接入、分布式能源的隔離等技術，所以，以電力電子為主要特征的柔性交流輸電系統需求迅速增長。將電力電子技術與現代控制技術相結合，通過對智能電網參數的連續調節控制，可以大幅度降低輸電損耗，提高輸電線路輸送能力和保障智能電網可靠、穩定、安全的運行。

然而，UPFC裝置在智能電網中的應用給智能電網的穩定分析和控制又帶來了新的研究課題---如何在實際智能電網分析和計算中模擬這些新型元件和控制系統的功能；如何在智能電網中加裝UPFC元件；如何設計UPFC元件控制器；以及UPFC元件之間如何協調等都有待于進一步研究。

另外，多臺UPFC控制器之間的交互影響與協調卻一直是實際應用中需要解決的難題。隨著安裝在智能電網中UPFC裝置的日益增多，多個UPFC控制器間的交互影響問題得到愈來愈多的關注。因此探索新理論、新技術和新方法，通過多個UPFC器件的協調控制來提高電力系統的安全運行水平，是智能電網可靠運行研究的一個重要課題。

3 關鍵技術

第一，以統一潮流控制器UPFC為研究對象，探究和改善其動態數學模型和控制策略，并在多機電力系統中推導裝有UPFC的Philipe一Heffron數學模型。根據目前研究AFCTS元件裝設地點的常用方法，引入基于SVD的交互影響分析方法可以定量的評價各控制器間的交互強烈程度。將所提出的方法應用到新英格蘭10機39節點系統，通過計算得出UPFC合理的安裝位置，根據SVD理論分析及時域仿真結果，驗證所提分析方法的有效性。

第二，針對電力系統在智能電網中的非線性本質，采用數學工具分析UPFC多個功能控制器間交互作用對智能電網穩定性的影響。運用非線性交互指標用來定量地評價多臺UPFC之間、UPFC和UPFC之間、UPFC多個功能控制器之間在智能電網中的交互強烈程度；在多機電力系統研究實例中，通過理論分析與時域仿真驗證了所提分析方法在智能電網系統中的有效性。

第三，UPFC的控制策略和控制方法的研究。對原有的研究方法進行改進，通過建立適當的數學模型，借助仿真工具軟件，模擬系統的工作過程，研究控制器的控制作用效果；或者通過模型的精簡，借助于傳統的潮流計算，為分析統一潮流控制器的潮流控制特性，提出一種計及統一潮流控制器控制作用的潮流計算方法。

4 總結

柔性交流輸電技術和智能電網技術作為新的技術，都是由美國科學家倡導并在國際上一直領導著這一領域的研究與開發。我國作為一個經濟正在騰飛的大國，積極跟蹤、參與這一高新技術的研究與開發，并爭取在一些方面處于領先地位，這對我國電力經濟的持續穩定地發展，有著極為重要的戰略意義。endprint