本發(fā)明涉及一種基于控制模式切換的UPFC電壓穩(wěn)定控制策略，電力系統(tǒng)穩(wěn)定和控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大規(guī)模非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其穩(wěn)定性分析一直是電力系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行的重要研究課題。長(zhǎng)期以來，功角穩(wěn)定問題得到了人們的普遍關(guān)注，并建立了一套比較完備的功角穩(wěn)定分析理論和方法，但與此同時(shí)，電壓穩(wěn)定作為電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的另一個(gè)重要方面，研究進(jìn)展卻相對(duì)緩慢。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，整個(gè)社會(huì)對(duì)于電能需求日益增長(zhǎng)，現(xiàn)代電力系統(tǒng)進(jìn)入了高電壓、大機(jī)組、大電網(wǎng)時(shí)代。同時(shí)負(fù)荷容量的相對(duì)集中；遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的電廠的大量涌現(xiàn)；遠(yuǎn)距離直流輸電系統(tǒng)和大量電力電子裝置的應(yīng)用；這些新的變化對(duì)于提高經(jīng)濟(jì)效益，能源的合理利用和環(huán)境的保護(hù)都有重要意義，但同時(shí)又給電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性問題帶來新的考驗(yàn)。目前我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，發(fā)電設(shè)備儲(chǔ)備量較少，另外伴隨電力系統(tǒng)從發(fā)電、輸電的一體制發(fā)展到如今開放、競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境，電力系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行的不確定性和不安全因素增多，電壓不安全已經(jīng)成為限制電力傳輸主要因素之一。改善電壓穩(wěn)定性最常用的方法是向系統(tǒng)注入無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。傳統(tǒng)的機(jī)械式控制方法有明顯的局限性，最主要的一點(diǎn)是速度慢。由于受到機(jī)械開關(guān)的物理特性和關(guān)斷特性等限制，它的操作時(shí)間一般為20～80ms。所以傳統(tǒng)方法基本上只能在靜態(tài)情況下控制系統(tǒng)潮流，對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的控制缺乏足夠的能力。而靈活交流輸電系統(tǒng)(FlexibleAlternatingCurrentTransmissionSystem，F(xiàn)ACTS)，裝有電力電子或其他靜止型控制器，能夠快速可靠的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制，具有較強(qiáng)的可控性和增大電力傳輸?shù)哪芰ΑｋS著技術(shù)的不斷進(jìn)步以及我國(guó)電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的復(fù)雜程度逐漸提高。同時(shí)，電網(wǎng)智能化使得FACTS裝置在系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)揮了越來越強(qiáng)的作用。統(tǒng)一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController，UPFC)綜合了各種FACTS器件控制手段，是FACTS元件裝置中功能最強(qiáng)大的元件。它能夠動(dòng)態(tài)控制電力系統(tǒng)的有功、無功、電壓、阻抗和功角，便于優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行、提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性并能阻尼系統(tǒng)振蕩，能夠?qū)M(jìn)行交流輸電系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，逐漸成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。鑒于UPFC全面而優(yōu)越的性能，它對(duì)于提高電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的有十分積極的作用，研究裝設(shè)有UPFC的電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，對(duì)于電力電子設(shè)備更加全面、快速的與電力系統(tǒng)融合和開拓電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性問題研究新局面都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。UPFC在系統(tǒng)中應(yīng)用的主要目的是調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流，使系統(tǒng)潮流分布更為合理，所以UPFC控制方式一般采用潮流調(diào)節(jié)特性強(qiáng)的定功率控制。但是暫態(tài)過程中，UPFC采用定功率控制時(shí)維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的能力不如阻抗補(bǔ)償控制，然而阻抗補(bǔ)償控制又沒有定功率控制的潮流調(diào)節(jié)特性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于控制模式切換的UPFC電壓穩(wěn)定控制策略。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于控制模式切換的UPFC電壓穩(wěn)定控制策略，包括以下步驟，UPFC初始控制模式使用定功率控制，控制UPFC所在線路的有功潮流PL與無功潮流QL，即將PL+jQL控制在Pref+jQref；Pref、Qref分別為UPFC所在線路有功潮流控制目標(biāo)值與線路無功潮流控制目標(biāo)值；當(dāng)發(fā)生大擾動(dòng)故障時(shí)，將定功率控制切換為阻抗補(bǔ)償控制，按預(yù)設(shè)補(bǔ)償阻抗值XUPFC進(jìn)行控制，阻抗補(bǔ)償控制持續(xù)時(shí)間為T；阻抗補(bǔ)償控制結(jié)束后，采用斜坡控制的方式切換回定功率控制；當(dāng)發(fā)生小擾動(dòng)故障時(shí)，不做控制模式的切換。定功率控制的數(shù)學(xué)表達(dá)式為，Vseq=(KPP+KPIs)(Pref-PL)Vsep=(KQP+KQIs)(Qref-QL)]]>其中，Vseq為UPFC串聯(lián)側(cè)輸出電壓與送端電壓相垂直的分量，Vsep為UPFC串聯(lián)側(cè)輸出電壓與送端電壓同向的分量，KPP、KPI、KQP、KQI均為PI控制器的參數(shù)，表示PI控制的積分環(huán)節(jié)。阻抗補(bǔ)償控制的數(shù)學(xué)表達(dá)式為，Vseq=-Ilinep(XUPFC-Xse)Vsep=Ilineq(XUPFC-Xse)]]>其中，Ilinep為UPFC所在線路電流與送端電壓同向的分量，Ilineq為UPFC所在線路電流與送端電壓垂直的分量，Xse為UPFC串聯(lián)側(cè)變壓器電抗。斜坡控制的過程為，當(dāng)UPFC阻抗補(bǔ)償控制經(jīng)過T時(shí)間退出，切換到定功率控制時(shí)，將定功率控制的控制目標(biāo)值Pref、Qref設(shè)定為UPFC所在線路當(dāng)前的有功潮流與無功潮流值其中tT為阻抗補(bǔ)償控制退出時(shí)刻；在斜坡控制的過程中，定功率控制的控制目標(biāo)值Pref、Qref按以下規(guī)律線性變化：Pref=(Pref0-Pt=tT)TR(t-tT)+Pt=tTQref=(Qref0-Qt=tT)TR(t-tT)+Qt=tT]]>其中，TR為斜坡控制的持續(xù)時(shí)間，Pref0、Qref0為大擾動(dòng)故障前的控制目標(biāo)值，t表示時(shí)間，tT≤t≤tT+TR；斜坡控制結(jié)束時(shí)，定功率控制的控制目標(biāo)值Pref、Qref通過線性變化，變?yōu)榇髷_動(dòng)故障前的控制目標(biāo)值Pref0、Qref0。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明結(jié)合UPFC潮流控制強(qiáng)大潮流調(diào)節(jié)特性與阻抗補(bǔ)償控制利于電壓穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)UPFC潮流調(diào)節(jié)功能的同時(shí)，可以提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。附圖說明圖1為本發(fā)明的流程圖。圖2為UPFC在系統(tǒng)中的安裝方式示意圖。圖3為UPFC串聯(lián)側(cè)定功率控制框圖。圖4為UPFC串聯(lián)側(cè)阻抗補(bǔ)償控制框圖。圖5為斜坡控制示意圖。圖6為WSCC三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線圖。圖7為大擾動(dòng)時(shí)兩種控制方式下B5節(jié)點(diǎn)電壓曲線比較圖。圖8為大擾動(dòng)時(shí)兩種控制方式下線路有功功率比較圖。圖9為大擾動(dòng)時(shí)兩種控制方式下線路無功功率比較圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，一種基于控制模式切換的UPFC電壓穩(wěn)定控制策略，包括以下步驟：1)UPFC初始控制模式使用定功率控制，控制UPFC所在線路的有功潮流PL與無功潮流QL，即將PL+jQL控制在Pref+jQref；Pref、Qref分別為UPFC所在線路有功潮流控制目標(biāo)值與線路無功潮流控制目標(biāo)值。如圖2所示，為UPFC在系統(tǒng)中的安裝方式示意圖(該連接為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，不詳細(xì)描述)。其中，RL、XL為線路ij的線路參數(shù)，分別表示線路ij的電阻、電抗；Vi、Vj分別為節(jié)點(diǎn)i、j的電壓幅值；θj、θj分別為節(jié)點(diǎn)i、j的電壓相角；Tse和Tsh分別為UPFC的串聯(lián)變壓器和并聯(lián)變壓器；Vse∠θse為UPFC串聯(lián)變壓器輸出的電壓，為UPFC串聯(lián)側(cè)所在線路電流；Vsh∠θsh為UPFC并聯(lián)變壓器輸出的電壓，為并聯(lián)側(cè)支路的電流。如圖3所示，為UPFC串聯(lián)側(cè)定功率控制框圖。其中，Tse1和Tse2為換流器的時(shí)間常數(shù)；KPP、KPI、KQP、KQI均為PI控制器的參數(shù)；Vseq為UPFC串聯(lián)側(cè)輸出電壓與送端電壓相垂直的分量；Vsep為UPFC串聯(lián)側(cè)輸出電壓與送端電壓同向的分量；Vseref為Vseq和Vsep合成電壓的幅值，θseref為Vseq和Vsep合成電壓的相角。定功率控制的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Vseq=(KPP+KPIs)(Pref-PL)Vsep=(KQP+KQIs)(Qref-QL)]]>其中，表示PI控制的積分環(huán)節(jié)。2)當(dāng)發(fā)生大擾動(dòng)故障時(shí)，將定功率控制切換為阻抗補(bǔ)償控制，按預(yù)設(shè)補(bǔ)償阻抗值XUPFC進(jìn)行控制，阻抗補(bǔ)償控制持續(xù)時(shí)間為T。根據(jù)2013年版的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計(jì)算技術(shù)規(guī)范》中電壓穩(wěn)定性判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：在電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)后的暫態(tài)過程中，負(fù)荷母線電壓能夠在10s內(nèi)恢復(fù)到0.8p.u.以上；中長(zhǎng)期過程中負(fù)荷母線電壓能夠保持或恢復(fù)到0.9p.u.以上。判斷發(fā)生大擾動(dòng)故障的數(shù)學(xué)表達(dá)式可表示為：Vref-VT≥0.2p.u.Δt≤0.1s其中，Vref表示監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓的參考值，VT表示監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓的實(shí)際值，Δt表示時(shí)間變化量。上述表達(dá)式表示為當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓在0.1s內(nèi)出現(xiàn)大于0.2p.u.的偏差時(shí)，判斷發(fā)生大擾動(dòng)故障，需進(jìn)行控制模式切換。如圖4所示，為UPFC串聯(lián)側(cè)阻抗補(bǔ)償控制框圖。其中，Ilinep為UPFC所在線路電流與送端電壓同向的分量，Ilineq為UPFC所在線路電流與送端電壓垂直的分量，Xse為UPFC串聯(lián)側(cè)變壓器電抗。阻抗補(bǔ)償控制的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Vseq=-Ilinep(XUPFC-Xse)Vsep=Ilineq(XUPFC-Xse)]]>3)阻抗補(bǔ)償控制結(jié)束后，采用斜坡控制的方式切換回定功率控制。如圖5所示，為斜坡控制示意圖，其中，Xref表示控制目標(biāo)，可以是線路的功率或者節(jié)點(diǎn)的電壓，X表示斜坡控制開始時(shí)的控制目標(biāo)值，X0表示斜坡控制結(jié)束后的控制目標(biāo)值；tT表示斜坡控制開始的時(shí)刻，即阻抗補(bǔ)償控制退出時(shí)刻，TR表示斜坡控制持續(xù)的時(shí)間。斜坡控制的過程為：A)當(dāng)UPFC阻抗補(bǔ)償控制經(jīng)過T時(shí)間退出，切換到定功率控制時(shí)，將定功率控制的控制目標(biāo)值Pref、Qref設(shè)定為UPFC所在線路當(dāng)前的有功潮流與無功潮流值B)在斜坡控制的過程中，定功率控制的控制目標(biāo)值Pref、Qref按以下規(guī)律線性變化：Pref=(Pref0-Pt=tT)TR(t-tT)+Pt=tTQref=(Qref0-Qt=tT)TR(t-tT)+Qt=tT]]>其中，TR為斜坡控制的持續(xù)時(shí)間，Pref0、Qref0為大擾動(dòng)故障前的控制目標(biāo)值，t表示時(shí)間，tT≤t≤tT+TR。C)斜坡控制結(jié)束時(shí)，定功率控制的控制目標(biāo)值Pref、Qref通過線性變化，變?yōu)榇髷_動(dòng)故障前的控制目標(biāo)值Pref0、Qref0。4)當(dāng)發(fā)生小擾動(dòng)故障時(shí)，不做控制模式的切換。為了進(jìn)一步說明上述控制策略，使用PSASP軟件在如圖6所示的WSCC三機(jī)九節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試，其中L1、L2、L3為感應(yīng)電機(jī)負(fù)荷，系統(tǒng)B5節(jié)點(diǎn)電壓水平偏低。將UPFC串聯(lián)側(cè)裝設(shè)在線路B1-B5的B1處，并聯(lián)側(cè)接于B1節(jié)點(diǎn)。UPFC基本參數(shù)為：UPFC串聯(lián)側(cè)變壓器注入電壓最大值Vsemax＝0.115p.u.，串聯(lián)側(cè)變壓器內(nèi)電抗Xse＝0.02p.u.。UPFC采用定功率控制時(shí)，將被控線路潮流控制在0.97+j0.10，節(jié)點(diǎn)B1電壓控制在1.01p.u.，各控制器參數(shù)為：KPP＝0.9、KPI＝4、KQP＝0.7、KQI＝6；采用上述提出的電壓穩(wěn)定控制時(shí)，控制目標(biāo)與采用定功率控制時(shí)的目標(biāo)一致，并設(shè)定UPFC補(bǔ)償阻抗值XUPFC＝0.075p.u.，阻抗補(bǔ)償控制持續(xù)時(shí)間為T＝3s，斜坡控制時(shí)間TR＝3s，仿真時(shí)長(zhǎng)20s。大擾動(dòng)故障設(shè)置：在B5處的三相短路故障，開始時(shí)間為2s，0.18s后故障切除。分別對(duì)UPFC采用定功率控制和電壓穩(wěn)定控制的情況進(jìn)行仿真，大擾動(dòng)情況下，節(jié)點(diǎn)B5的電壓曲線如圖7所示。由圖7可知，故障切除后采用定功率控制的UPFC電壓跌落到0.6p.u.左右，并且出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，而采用電壓穩(wěn)定控制的UPFC，在故障切除后，B5處電壓恢復(fù)到了原有的水平。說明采用電壓穩(wěn)定控制的UPFC比采用定功率控制的UPFC具有更好的提升系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的能力。兩種控制方式下，UPFC所在線路B1-B5的線路有功功率與無功功率對(duì)比分別如圖8和圖9所示?？芍?，采用電壓穩(wěn)定控制的UPFC能夠在故障切除后將線路潮流調(diào)整到原有水平，并且不影響UPFC的潮流調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)。其中5s～8s為斜坡控制切換的過程，可以看出線路有功與線路無功平滑的過渡到了原有值。而采用定功率控制的UPFC在故障切除后失去了調(diào)節(jié)線路潮流的能力。綜上所述，本發(fā)明結(jié)合UPFC潮流控制強(qiáng)大潮流調(diào)節(jié)特性與阻抗補(bǔ)償控制利于電壓穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)UPFC潮流調(diào)節(jié)功能的同時(shí)，可以提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3