一种基于节点电流注入法的统一潮流控制器的建模方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于节点电流注入法的统一潮流控制器的建模方法，对于统一潮流控制器，按如下步骤建立所述统一潮流控制器的潮流控制模型：步骤1、建立所述统一潮流控制器的等值电路；步骤2、对于步骤1得到的等值电路，建立用节点电流注入法表示的等值模型，得到统一潮流控制器的并联侧节点s的注入电流和串联侧节点m的注入电流；由所述等值模型和相应的注入电流计算公式得到所述统一潮流控制器的潮流控制模型。该方法适用性强，对母线电压控制效果好。
【专利说明】一种基于节点电流注入法的统一潮流控制器的建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统仿真建模【技术领域】，特别涉及一种基于节点电流注入法的统 一潮流控制器的建模方法。
【背景技术】
[0002] 统一潮流控制器（UPFC)是属于柔性交流输电系统（FACTS)的一种类型，它不仅可 以提供独立可控制的并联无功功率补偿，还可以通过向输电线路注入相角不受约束的串联 补偿电压，有选择性地控制输电线路的电压、阻抗和相角，实现对输电线路的有功和无功潮 流控制。UPFC是一种多控制变量和多控制目标的多功能控制器，它的主要功能有潮流控制， 提高系统暂态稳定性和阻尼系统振荡。统一潮流控制器的构成主要由主电路和控制单元两 部分组成的，其中，主电路是由串联单元和并联单元组成的，实现补偿线路参数、调节节点 电压幅值和相角，并实现串联补偿和并联补偿。由于UPFC的优点和特点，即UPFC并联侧耦 合变压器的一次侧具有高电压、大容量的特点，串联侧耦合变压器的一次侧具有大电流的 特点，主要应用于220kV及以上的输电线路中。
[0003] 要了解UPFC在电力系统运行中的潮流调节性能和响应特性，必须建立它的仿真 数学模型进行分析研究。目前，UPFC潮流控制建模方面已有较多，如：结合牛顿一拉夫逊法 来求解电网潮流，该方法需要修改UPFC所在线路的潮流方程对应的雅可比矩阵元素。另 一方法是直接利用传统潮流程序计算，将UPFC并联变流器，连接母线设为PV节点，串联变 流器连接的另一新增节点设为PQ节点，该方法的缺点是限于UPFC所在线路的有功和无功 潮流被同时控制的情况，且需要改变UPFC接入点的节点类型。较常用的UPFC建模方法 有，MATLAB/SMULINK仿真平台建立仿真模型，MATLAB/SMULINK仿真平台一般只能搭建小 系统，如单机无穷大系统，UPFC的仿真模型的功能和逻辑关系与实际情况存在偏差，加上 UPFC只是在小系统上仿真，大电网的动态特性无法仿真，使其仿真结果与实际电网的行为 存在较大的差别。也有采用基于电力系统分析综合程序PSASP的自定义功能建立UPFC的潮 流模型，但处理方法不同，已有的方法是将UPFC模型做简化处理，用等值发电机表示，该方 法忽略对母线电压的控制，忽略串联变压器的阻抗等，或通过改变UPFC与网络接口节点的 注入功率来实现含有UPFC的潮流控制。这些方法相对来说都有较大的误差，特别是将UPFC 用等值发电机表示，误差是明显的。采用节点注入功率法，该方法依赖节点的类型。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于节点电流注入法的统一潮流控制器的建模方法， 该方法适用性强，对母线电压控制效果好。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于节点电流注入法的统一潮 流控制器的建模方法，对于基本结构如下的统一潮流控制器：由共用直流侧电容的2个电 压源型变流器组成，其中第一变流器用于向第二变流器提供有功功率，维持直流侧电压恒 定，同时与电力系统交换无功功率，维持统一潮流控制器并联接入节点电压恒定，第二变流 器通过耦合变压器串联在输电线路中，提供一个与输电线路串联的电压相量，其幅值变化 范围为(TKse max，相角变化范围为(Γ360° ; 按如下步骤建立所述统一潮流控制器的潮流控制模型： 步骤（1)建立所述统一潮流控制器的等值电路：包括串联电压源电压 rse、并联电压源电压Γ^、串联变压器的等值电抗尤β和并联变压器的等值电抗尤Α，并联 电压源电压Γ￡Α的负极接地，正极接等值电抗尤*的一端，等值电抗尤*的另一端同时接统一 潮流控制器的并联侧节点S和串联电压源电压的负极，串联电压源电压的正极接 等值电抗尤β的一端，等值电抗尤β的另一端接统一潮流控制器的串联侧节点m ;则串联支路 电流/se为：
【权利要求】
1. 一种基于节点电流注入法的统一潮流控制器的建模方法，其特征在于，对于基本结 构如下的统一潮流控制器：由共用直流侧电容的2个电压源型变流器组成，其中第一变流 器用于向第二变流器提供有功功率，维持直流侧电压恒定，同时与电力系统交换无功功率， 维持统一潮流控制器并联接入节点电压恒定，第二变流器通过耦合变压器串联在输电线 路中，提供一个与输电线路串联的电压相量，其幅值变化范围为(Γ& _，相角变化范围为 0?360° ; 按如下步骤建立所述统一潮流控制器的潮流控制模型： 步骤（1)建立所述统一潮流控制器的等值电路：包括串联电压源电压Tse、并联电压 源电压、串联变压器的等值电抗尤β和并联变压器的等值电抗尤A，并联电压源电压厂sij 的负极接地，正极接等值电抗尤A的一端，等值电抗尤A的另一端同时接统一潮流控制器的并 联侧节点s和串联电压源电压厂 se的负极，串联电压源电压厂sg的正极接等值电抗i的一 端，等值电抗的另一端接统一潮流控制器的串联侧节点m ;则串联支路电流为：
其中，、厂?分别为统一潮'流控制器的并联侧节点 s的电压和串联侧节点m的电压； a fii 则统一潮流控制器的并联侧节点S的注入电流^为： S
其中，为并联支路电流； 步骤（2)对于步骤（1)得到的等值电路，建立用节点电流注入法表示的等值模型：并 联侧注入的电流源电流的正端接并联侧节点s，并联侧注入的电流源电流的 负端接地；串联侧注入的电流源电流的正端接串联侧节点m，串联侧注入的电流源 电流/__ra的负端接地；串联变压器的等值电抗两端分别接并联侦彳节点s和串联侦U节 占 m · 则统一潮流控制器的并联侧节点S的注入电流和串联侧节点m的注入电流 J . 为：
由所述等值模型和公式（1Γ(4)组成的方程组得到所述统一潮流控制器的潮流控制 模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于节点电流注入法的统一潮流控制器的建模方法， 其特征在于，所述统一潮流控制器的并联侧节点s和串联侧节点m的注入电流的计算方法 为： 根据统一潮流控制器串联侧的控制策略，统一潮流控制器串联侧变流器是通过向系统 注入电压来控制线路潮流的，将串联注入电压rse分解为与rs同相位的纵分量 和与正交的横分量和由下式计算：
式中，尤Λ是积分环节，尤是积分系数，i =/7, 分别是统一潮流控制器 所在线路的有功功率和无功功率的参考值;A、込分别是统一潮流控制器所在线路的有功 功率和无功功率的实际值； 从而由式（5)计算得到统一潮流控制器串联侧注入电压相量的d、q轴分量； 取统一潮流控制器并联接入点母线电压rs与同步坐标系d轴重合，经坐标变换后，在 xy坐标下串联注入电压相量Psg的实部分量〖+se x和虚部分量『se Ρ如下式所不：
式中，^为母线电压相量1^的相位； 从而由式（6)计算得到统一潮流控制器串联侧注入电压相量的实、虚部分量； 由式（6)计算出串联注入电压相量后，由式（2)计算统一潮流控制器串联侧节点m 的注入电流相量m ; 根据统一潮流控制器并联侧的控制策略，根据瞬时功率理论，统一潮流控制器并联侧 从系统吸收的有功功率/7和无功功率7为：
式中，L、匕分别为统一潮流控制器并联接入点电压相量^s的d、q轴分量;/sA_ ^分别为统一潮流控制器并联侧电流的d、q轴分量； 取厂与同步坐标系d轴重合，则匕=0, =匕，故将式（7)表示为：
由式（8)，经过dq变换，统一潮流控制器并联侧实现了有功和无功功率的解耦控制； 稳态时，统一潮流控制器并联变流器由系统吸收的有功功率等于串联变流器向系统发 出的有功功率，则
式中，/￡为线路电流，在潮流迭代过程中是已知量； 从而由式（9)计算得到统一潮流控制器并联侧电流的d轴分量； 由式（8)，通过控制并联电流的q轴分量控制无功功率进而控制统一潮流控制 器接入点的交流母线电压，保持其恒定；/sAj>〇,并联变流器发出无功，提升受控母线电压； Λ^〈〇,并联变流器吸收无功，降低受控母线电压；
式中，Α Λ是积分环节，A是积分系数，是统一潮流控制器并联接入点母线电压 的参考值； 从而由式（10)计算得到统一潮流控制器并联侧电流的q轴分量； 由式（9)、（10)分别计算出统一潮流控制器并联侧电流的d、q轴分量后，利用坐标变换 公式，计算出并联电流在xy坐标下的实部分量和虚部分量从而确定统一潮流控 制器并联电流相量/# ; 在此基础上，计算得到统一潮流控制器的并联侧节点s和串联侧节点m的注入电流。
【文档编号】H02J3/00GK104113059SQ201410288101
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】林因, 李传栋, 张芳 申请人:国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院