一種基于節(jié)點電流注入法的統(tǒng)一潮流控制器的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于節(jié)點電流注入法的統(tǒng)一潮流控制器的建模方法，對于統(tǒng)一潮流控制器，按如下步驟建立所述統(tǒng)一潮流控制器的潮流控制模型：步驟1、建立所述統(tǒng)一潮流控制器的等值電路；步驟2、對于步驟1得到的等值電路，建立用節(jié)點電流注入法表示的等值模型，得到統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)側(cè)節(jié)點s的注入電流和串聯(lián)側(cè)節(jié)點m的注入電流；由所述等值模型和相應(yīng)的注入電流計算公式得到所述統(tǒng)一潮流控制器的潮流控制模型。該方法適用性強(qiáng)，對母線電壓控制效果好。
【專利說明】一種基于節(jié)點電流注入法的統(tǒng)一潮流控制器的建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真建?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于節(jié)點電流注入法的統(tǒng) 一潮流控制器的建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 統(tǒng)一潮流控制器（UPFC)是屬于柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS)的一種類型，它不僅可 以提供獨立可控制的并聯(lián)無功功率補(bǔ)償，還可以通過向輸電線路注入相角不受約束的串聯(lián) 補(bǔ)償電壓，有選擇性地控制輸電線路的電壓、阻抗和相角，實現(xiàn)對輸電線路的有功和無功潮 流控制。UPFC是一種多控制變量和多控制目標(biāo)的多功能控制器，它的主要功能有潮流控制， 提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和阻尼系統(tǒng)振蕩。統(tǒng)一潮流控制器的構(gòu)成主要由主電路和控制單元兩 部分組成的，其中，主電路是由串聯(lián)單元和并聯(lián)單元組成的，實現(xiàn)補(bǔ)償線路參數(shù)、調(diào)節(jié)節(jié)點 電壓幅值和相角，并實現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償。由于UPFC的優(yōu)點和特點，即UPFC并聯(lián)側(cè)耦 合變壓器的一次側(cè)具有高電壓、大容量的特點，串聯(lián)側(cè)耦合變壓器的一次側(cè)具有大電流的 特點，主要應(yīng)用于220kV及以上的輸電線路中。
[0003] 要了解UPFC在電力系統(tǒng)運行中的潮流調(diào)節(jié)性能和響應(yīng)特性，必須建立它的仿真 數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析研究。目前，UPFC潮流控制建模方面已有較多，如：結(jié)合牛頓一拉夫遜法 來求解電網(wǎng)潮流，該方法需要修改UPFC所在線路的潮流方程對應(yīng)的雅可比矩陣元素。另 一方法是直接利用傳統(tǒng)潮流程序計算，將UPFC并聯(lián)變流器，連接母線設(shè)為PV節(jié)點，串聯(lián)變 流器連接的另一新增節(jié)點設(shè)為PQ節(jié)點，該方法的缺點是限于UPFC所在線路的有功和無功 潮流被同時控制的情況，且需要改變UPFC接入點的節(jié)點類型。較常用的UPFC建模方法 有，MATLAB/SMULINK仿真平臺建立仿真模型，MATLAB/SMULINK仿真平臺一般只能搭建小 系統(tǒng)，如單機(jī)無窮大系統(tǒng)，UPFC的仿真模型的功能和邏輯關(guān)系與實際情況存在偏差，加上 UPFC只是在小系統(tǒng)上仿真，大電網(wǎng)的動態(tài)特性無法仿真，使其仿真結(jié)果與實際電網(wǎng)的行為 存在較大的差別。也有采用基于電力系統(tǒng)分析綜合程序PSASP的自定義功能建立UPFC的潮 流模型，但處理方法不同，已有的方法是將UPFC模型做簡化處理，用等值發(fā)電機(jī)表示，該方 法忽略對母線電壓的控制，忽略串聯(lián)變壓器的阻抗等，或通過改變UPFC與網(wǎng)絡(luò)接口節(jié)點的 注入功率來實現(xiàn)含有UPFC的潮流控制。這些方法相對來說都有較大的誤差，特別是將UPFC 用等值發(fā)電機(jī)表示，誤差是明顯的。采用節(jié)點注入功率法，該方法依賴節(jié)點的類型。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于節(jié)點電流注入法的統(tǒng)一潮流控制器的建模方法， 該方法適用性強(qiáng)，對母線電壓控制效果好。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于節(jié)點電流注入法的統(tǒng)一潮 流控制器的建模方法，對于基本結(jié)構(gòu)如下的統(tǒng)一潮流控制器：由共用直流側(cè)電容的2個電 壓源型變流器組成，其中第一變流器用于向第二變流器提供有功功率，維持直流側(cè)電壓恒 定，同時與電力系統(tǒng)交換無功功率，維持統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)接入節(jié)點電壓恒定，第二變流 器通過耦合變壓器串聯(lián)在輸電線路中，提供一個與輸電線路串聯(lián)的電壓相量，其幅值變化 范圍為(TKse max，相角變化范圍為(Γ360° ; 按如下步驟建立所述統(tǒng)一潮流控制器的潮流控制模型： 步驟（1)建立所述統(tǒng)一潮流控制器的等值電路：包括串聯(lián)電壓源電壓 rse、并聯(lián)電壓源電壓Γ^、串聯(lián)變壓器的等值電抗尤β和并聯(lián)變壓器的等值電抗尤Α，并聯(lián) 電壓源電壓?！軎〉呢?fù)極接地，正極接等值電抗尤*的一端，等值電抗尤*的另一端同時接統(tǒng)一 潮流控制器的并聯(lián)側(cè)節(jié)點S和串聯(lián)電壓源電壓的負(fù)極，串聯(lián)電壓源電壓的正極接 等值電抗尤β的一端，等值電抗尤β的另一端接統(tǒng)一潮流控制器的串聯(lián)側(cè)節(jié)點m ;則串聯(lián)支路 電流/se為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于節(jié)點電流注入法的統(tǒng)一潮流控制器的建模方法，其特征在于，對于基本結(jié) 構(gòu)如下的統(tǒng)一潮流控制器：由共用直流側(cè)電容的2個電壓源型變流器組成，其中第一變流 器用于向第二變流器提供有功功率，維持直流側(cè)電壓恒定，同時與電力系統(tǒng)交換無功功率， 維持統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)接入節(jié)點電壓恒定，第二變流器通過耦合變壓器串聯(lián)在輸電線 路中，提供一個與輸電線路串聯(lián)的電壓相量，其幅值變化范圍為(Γ& _，相角變化范圍為 0?360° ; 按如下步驟建立所述統(tǒng)一潮流控制器的潮流控制模型： 步驟（1)建立所述統(tǒng)一潮流控制器的等值電路：包括串聯(lián)電壓源電壓Tse、并聯(lián)電壓 源電壓、串聯(lián)變壓器的等值電抗尤β和并聯(lián)變壓器的等值電抗尤A，并聯(lián)電壓源電壓廠sij 的負(fù)極接地，正極接等值電抗尤A的一端，等值電抗尤A的另一端同時接統(tǒng)一潮流控制器的并 聯(lián)側(cè)節(jié)點s和串聯(lián)電壓源電壓廠 se的負(fù)極，串聯(lián)電壓源電壓廠sg的正極接等值電抗i的一 端，等值電抗的另一端接統(tǒng)一潮流控制器的串聯(lián)側(cè)節(jié)點m ;則串聯(lián)支路電流為：
其中，、廠?分別為統(tǒng)一潮'流控制器的并聯(lián)側(cè)節(jié)點 s的電壓和串聯(lián)側(cè)節(jié)點m的電壓； a fii 則統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)側(cè)節(jié)點S的注入電流^為： S
其中，為并聯(lián)支路電流； 步驟（2)對于步驟（1)得到的等值電路，建立用節(jié)點電流注入法表示的等值模型：并 聯(lián)側(cè)注入的電流源電流的正端接并聯(lián)側(cè)節(jié)點s，并聯(lián)側(cè)注入的電流源電流的 負(fù)端接地；串聯(lián)側(cè)注入的電流源電流的正端接串聯(lián)側(cè)節(jié)點m，串聯(lián)側(cè)注入的電流源 電流/__ra的負(fù)端接地；串聯(lián)變壓器的等值電抗兩端分別接并聯(lián)偵彳節(jié)點s和串聯(lián)偵U節(jié) 占 m · 則統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)側(cè)節(jié)點S的注入電流和串聯(lián)側(cè)節(jié)點m的注入電流 J . 為：
由所述等值模型和公式（1Γ(4)組成的方程組得到所述統(tǒng)一潮流控制器的潮流控制 模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)點電流注入法的統(tǒng)一潮流控制器的建模方法， 其特征在于，所述統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)側(cè)節(jié)點s和串聯(lián)側(cè)節(jié)點m的注入電流的計算方法 為： 根據(jù)統(tǒng)一潮流控制器串聯(lián)側(cè)的控制策略，統(tǒng)一潮流控制器串聯(lián)側(cè)變流器是通過向系統(tǒng) 注入電壓來控制線路潮流的，將串聯(lián)注入電壓rse分解為與rs同相位的縱分量 和與正交的橫分量和由下式計算：
式中，尤Λ是積分環(huán)節(jié)，尤是積分系數(shù)，i =/7, 分別是統(tǒng)一潮流控制器 所在線路的有功功率和無功功率的參考值;A、込分別是統(tǒng)一潮流控制器所在線路的有功 功率和無功功率的實際值； 從而由式（5)計算得到統(tǒng)一潮流控制器串聯(lián)側(cè)注入電壓相量的d、q軸分量； 取統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)接入點母線電壓rs與同步坐標(biāo)系d軸重合，經(jīng)坐標(biāo)變換后，在 xy坐標(biāo)下串聯(lián)注入電壓相量Psg的實部分量〖+se x和虛部分量『se Ρ如下式所不：
式中，^為母線電壓相量1^的相位； 從而由式（6)計算得到統(tǒng)一潮流控制器串聯(lián)側(cè)注入電壓相量的實、虛部分量； 由式（6)計算出串聯(lián)注入電壓相量后，由式（2)計算統(tǒng)一潮流控制器串聯(lián)側(cè)節(jié)點m 的注入電流相量m ; 根據(jù)統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)的控制策略，根據(jù)瞬時功率理論，統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè) 從系統(tǒng)吸收的有功功率/7和無功功率7為：
式中，L、匕分別為統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)接入點電壓相量^s的d、q軸分量;/sA_ ^分別為統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)電流的d、q軸分量； 取廠與同步坐標(biāo)系d軸重合，則匕=0, =匕，故將式（7)表示為：
由式（8)，經(jīng)過dq變換，統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)實現(xiàn)了有功和無功功率的解耦控制； 穩(wěn)態(tài)時，統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)變流器由系統(tǒng)吸收的有功功率等于串聯(lián)變流器向系統(tǒng)發(fā) 出的有功功率，則
式中，/￡為線路電流，在潮流迭代過程中是已知量； 從而由式（9)計算得到統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)電流的d軸分量； 由式（8)，通過控制并聯(lián)電流的q軸分量控制無功功率進(jìn)而控制統(tǒng)一潮流控制 器接入點的交流母線電壓，保持其恒定；/sAj>〇,并聯(lián)變流器發(fā)出無功，提升受控母線電壓； Λ^〈〇,并聯(lián)變流器吸收無功，降低受控母線電壓；
式中，Α Λ是積分環(huán)節(jié)，A是積分系數(shù)，是統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)接入點母線電壓 的參考值； 從而由式（10)計算得到統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)電流的q軸分量； 由式（9)、（10)分別計算出統(tǒng)一潮流控制器并聯(lián)側(cè)電流的d、q軸分量后，利用坐標(biāo)變換 公式，計算出并聯(lián)電流在xy坐標(biāo)下的實部分量和虛部分量從而確定統(tǒng)一潮流控 制器并聯(lián)電流相量/# ; 在此基礎(chǔ)上，計算得到統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)側(cè)節(jié)點s和串聯(lián)側(cè)節(jié)點m的注入電流。
【文檔編號】H02J3/00GK104113059SQ201410288101
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】林因, 李傳棟, 張芳 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院