Upfc串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法
【专利摘要】本发明涉及UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法，在基于两相静止坐标系的控制系统中，将控制模式切换至阀侧电流单内环控制模式，通过给定合适的电流参考值，实现线路潮流在串联侧变压器与其旁路开关之间的转移。本控制方法可以应用在基于两相静止坐标系控制系统的统一潮流控制器启动和停机过程中，通过对线路潮流在串联侧变压器及其旁路开关之间平滑转移控制，可有效抑制串联变压器投退和旁路开关开断过程的过电流，实现统一潮流控制器的平稳启停。
【专利说明】
UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于高压直流输电领域，具体涉及一种统一潮流控制器的串联侧变压器与 其旁路开关之间的潮流转移控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的迅速增长，电力系统也得到了快速发展，各种大型电力系统的互 联和新设备的使用，使得电网架构变得越来越庞大复杂，电网之间潮流分布不均且调控困 难，部分线路存在过载失稳风险。
[0003] 灵活交流输电技术（Flexible Alternative Current Transmission Systems， FACTS)是综合电力电子技术、通信技术和控制技术而形成的交流输电新技术，可以实现对 输电系统的电压、阻抗和相位角的灵活控制，从而大大提高电力系统的调控灵活性和运行 稳定性，并使得现有输电线路的输送能力大幅提尚。
[0004] 统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)是FACTS中功能强大的 一员，主要由直流侧相连接的并联换流器和串联换流器组成，它拥有并联补偿和串联补偿 的双重作用，运行方式非常灵活，具有良好的潮流控制能力，同时在交流系统振荡抑制和阻 尼补偿方面也具有得天独厚的优势。
[0005] UPFC的基本结构如图1所示，其中图中I、II分别是并联换流器和串联换流器，Tshunt 是并联变压器，TSeries是串联变压器，Vs、Vr分别是受端和送端网络电源，Xs、Xr是两端电抗。 UPFC还包含串联侧旁路晶闸管TBS、并联侧断路器K1、串联侧断路器K2、串联变压一次侧旁 路开关K3、串联变二次侧旁路开关K4等。
[0006] UPFC包括一个并联侧换流器I，一个或多个串联侧换流器II，各串联侧换流器II的 一端通过串联变压器TSeries接入不同的交流线路上，串联变压器T Series在一二次侧配有旁路 开关K3、K4,在二次侧还配有旁路晶闸管TBS;串联换流器II的另一端相并联后与并联换流 器I通过直流系统相连接。
[0007] 目前UPFC的控制策略研究的较多，对UPFC启停控制方式研究的较少。UPFC-般的 启动步骤为:先闭合并联侧换流器交流开关，分别对并联侧换流器和串联侧换流器有源充 电和无源充电；再解锁并联侧换流器，建立直流电压;在串联变压器旁路开关闭合的情况 下，解锁串联侧换流器，将潮流由旁路开关转移至串联变压器后，断开串联变压器旁路开 关，UPFC装置投运。UPFC-般的停运步骤为:先通过适当控制方法，使串联侧变压器旁路开 关在小电流情况下闭合，再将线路潮流由串联变压器转移至旁路开关，后闭锁换流器。
[0008] 上述方案的启停过程中，线路潮流串联侧变压器与其旁路开关之间转移，会产生 过电流。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供统一潮流控制器的串联侧变压器与其旁路开关之间的潮流 转移控制方法，用以解决现有控制方式产生过电流的问题。
[0010] 为实现上述目的，本发明的方案包括:UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移 控制方法，包括下述步骤：
[0011] A，依据串联变压器和旁路开关之间潮流转移的方向，结合当前实测线路电流，生 成合适的两相静止坐标系下的阀侧电流参考初值、变化斜率和最终目标；
[0012] B，将控制模式切换至阀侧电流单内环控制模式；
[0013] C，通过基于两相静止坐标系下的电流单内环控制器，依据步骤A给定的阀侧电流 参考值，对阀侧电流进行控制，阀侧电流参考值由初值按照给定斜率变化至最终目标值，实 现线路潮流在串联侧变压器与其旁路开关之间的平滑转移。
[0014] 进一步的，所述两相静止坐标系的控制系统，首先通过实测线路相电压经过三相 静止坐标系abc到两相静止坐标系αβ下的坐标变换后，再与线路功率指令进行计算，得到线 路电流指令后经过串联变压器变比换算后，得到串联阀侧电流参考值的两相静止坐标系的 αβ分量；电流控制器根据所述阀侧电流参考值生成换流器输出电压参考值：阀侧电流参考 值的邱分量分别减去作为反馈的实测阀侧电流值的邱分量后，经过电流内环的比例-谐振 控制器的计算，得到串联换流器输出电压参考值的αβ分量；串联换流器输出电压参考值的α β分量经过两相静止坐标系邱到三相静止坐标系abc的坐标变换后，得到串联换流器输出电 压参考值，换流阀控根据电压参考值输出相应的电压，控制线路功率。
[0015] 进一步的，通过线路有功和无功功率指令Pref、Qref以及实测的线路交流电压，计算 得到线路电流在两相静止坐标系下的参考值lUrrf、Iusrrf;
[0016]
[0017]
[0018] 上式中：Pref、Qref分别是线路的有功功率指令和无功功率指令，Uu、UL{!分别是实测 线路电压在两相静止坐标系下的αβ分量。
[0019] 进一步的，准比例-谐振控制器的传递函数为：
[0020]
(之）
[0021] 上式中，kP是比例系数，kr是谐振系数，ωο是谐振频，ω。是截至角频率。
[0022] 进一步的，所述步骤Α中，若潮流转移方向为由串联变压器转移至旁路开关，则阀 侧电流参考值初值为:将当前实测线路电流经坐标变换转化至两相静止坐标系邱下，再按 照串联侧变压器变比换算至阀侧，作为阀侧电流参考值的初值；阀侧电流参考值最终值为 零;若潮流转移方向为由旁路开关转移至串联变压器，则阀侧电流参考值初值为零；阀侧电 流参考值最终值为:将当前实测线路电流经坐标变换转化至两相静止坐标系下，再按照串 联侧变压器变比换算至阀侧，作为阀侧电流指令的最终目标值。
[0023] 进一步的，所述步骤Β中，阀侧电流单内环控制模式直接对阀侧电流进行控制，控 制器采用两相静止坐标系下的比例-谐振控制器。
[0024] 进一步的，所述步骤C中，阀侧电流参考值由给定的初值按照给定斜率变化至最终 目标值。
[0025] 进一步的，串联侧变压器旁路开关应处于闭合状态;在统一潮流控制器启动时旁 路开关初始状态为闭合状态;在统一潮流控制器停机时旁路开关初始状态为断开状态，此 时可先使换流器零电压输出，再闭合旁路开关。
[0026] 本发明能实现线路潮流在串联侧变压器与其旁路开关之间的平滑转移，
[0027]有效减少启停过程中的电流冲击，实现UPFC的平稳启停。
【附图说明】
[0028]图1是统一潮流控制器的等效结构图；
[0029]图2是本发明中统一潮流控制器的控制方法的原理图；
[0030]图3是阀侧电流参考值给定方法。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0032]本发明提供一种统一潮流控制器的串联侧变压器与其旁路开关之间的潮流转移 控制方法，能实现线路潮流在串联侧变压器与其旁路开关之间平滑转移，可有效抑制串联 变压器投退和旁路开关开断过程的过电流，实现统一潮流控制器的平稳启停。
[0033]图2是本发明所基于的两相静止坐标控制系统的UPFC控制系统原理图。
[0034] 所述潮流转移控制方法步骤如下：
[0035] A、依据串联变压器和旁路开关之间潮流转移的方向，结合当前实测线路电流，生 成合适的两相静止坐标系下的阀侧电流参考初值变化斜率Airrf和最终目标 ictrefl、i@refl 〇
[0036] B、将控制模式切换至换流器阀侧电流单内环控制模式，即图2所示的内环参考值 接口 2;
[0037] C、通过基于两相静止坐标系下的电流单内环控制器，依据给定的阀侧电流参考值 i_f、itof，对阀侧电流进行控制，阀侧电流参考值由初值按照给定斜率变化至最终目标值， 实现潮流在串联侧变压器与其旁路开关之间的转移。
[0038] 前述的统一潮流控制器的串联侧变压器与其旁路开关之间的潮流转移控制方法， 电流内环参考值的确定方法如图3所示。若潮流转移方向为由串联变压器转移至旁路开关， 则阀侧电流参考值初值和ifefo为:将当前实测线路电流经坐标变换转化至两相静止 坐标系邱下，再按照串联侧变压器变比换算至阀侧，作为阀侧电流参考值的初值;阀侧电流 参考值最终值和ifoeH为零。若潮流转移方向为由旁路开关转移至串联变压器，则阀侧 电流参考值初值i_f〇和itofo为零;阀侧电流参考值最终值i_fi和ifcrfi为:将当前实测线路 电流经坐标变换转化至两相静止坐标系下，再按照串联侧变压器变比换算至阀侧，作为阀 侧电流指令的最终目标值。
[0039] 统一潮流控制器线路功率控制方法在两相静止坐标系下进行，控制过程包括阀侧 电流参考值计算部分和阀侧电流控制部分;阀侧电流参考值计算部分产生阀侧电流在两相 静止坐标系下的参考值ivaref、ivftref，阀侧电流控制部分产生换流器输出电压参考值Uvref，用 于控制线路功率。
[0040] 本实施例的线路功率控制方法，其阀侧电流参考值计算部分，通过线路有功和无 功功率指令Pref、Qref以及实测的线路交流电压，计算得到线路电流在两相静止坐标系下的 参考值lLaref、IliSref ;
[0041]
⑴
[0042] 上式中：Pref、Qref分别是线路的有功功率指令和无功功率指令，Uu、U L{!分别是实测 线路电压在两相静止坐标系下的αβ分量。公式对应的各功率、电压、电流参数均为标幺值， 若为实际值，则需要乘以系数2/3。
[0043] 本实施例的线路功率控制方法，在计算得到线路电流在两相静止坐标系下的参考 值后，经过串联侧变压器的变比Κ换算，得到阀侧电流在两相静止坐标系下的参考值i v_f、 iverrf，即图2中接口 1。按照步骤B，将控制模式切换至换流器阀侧电流单内环控制模式，即图 2所示的内环参考值接口2
[0044] 通过阀侧电流在两相静止坐标系下的参考值i varef、i Vfirrf，以及阀侧实测电流i να、 ive，经过准比例-谐振控制器NPR的计算，计算得到换流器输出电压参考值Uvaref、Uv{!ref，再经 过两相静止坐标系到三相静止坐标系的坐标变换后，得到换流器输出电压参考值u vref。
[0045] 前述的统一潮流控制器的串联侧变压器与其旁路开关之间的潮流转移控制方法， 在得到电流内环参考值并将控制系统切换至阀侧电流环模式后，经过准比例-谐振控制器 的计算实现对阀侧电流的控制。
[0046] 准比例-谐振控制器的传递函数为：
(2)
[0047] 、厶'
[0048]上式中，kP是比例系数，kr是谐振系数，ω〇是谐振频率，本方法中取值为电网频率 的50Ηζ，ω。是截至角频率。
[0049] 步骤Α中，若潮流转移方向为由串联变压器转移至旁路开关，则阀侧电流参考值初 值为:将当前实测线路电流经坐标变换转化至两相静止坐标系邱下，再按照串联侧变压器 变比换算至阀侧，作为阀侧电流参考值的初值;阀侧电流参考值最终值为零。
[0050] 潮流转移方向为由旁路开关转移至串联变压器，适用场景为统一潮流控制器的启 动过程。潮流转移方向为由串联变压器转移至旁路开关，适用场景为统一潮流控制器的停 机过程。
[0051] 步骤Α中，若潮流转移方向为由旁路开关转移至串联变压器，则阀侧电流参考值初 值为零；阀侧电流参考值最终值为:将当前实测线路电流经坐标变换转化至两相静止坐标 系下，再按照串联侧变压器变比换算至阀侧，作为阀侧电流指令的最终目标值；
[0052] 步骤B中，阀侧电流单内环控制模式直接对阀侧电流进行控制，控制器采用两相静 止坐标系下的比例-谐振控制器。
[0053]步骤C中，阀侧电流参考值由给定的初值按照给定斜率变化至最终目标值。
[0054]在应用本方法控制潮流转移时，串联侧变压器旁路开关应处于闭合状态;在统一 潮流控制器启动时旁路开关初始状态为闭合状态;在统一潮流控制器停机时旁路开关初始 状态为断开状态，此时可先使换流器零电压输出，再闭合旁路开关。
[0055] 本发明以应用于单线路的统一潮流控制器来介绍实施方案，但本发明不限于单线 路应用统一潮流控制器的系统，对于多回线或者应用于同一个变电站、同一母线上的不同 落点的多条线路的统一潮流控制器都适用。另外，关于公式(1)也可以采用现有技术中其他 参考值计算公式进行替换;公式(2)可以采用其他类型的谐振控制器来实现。
[0056] 以上给出了本发明涉及的【具体实施方式】，但本发明不局限于所描述的实施方式。 在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技 术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现 的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术 方案仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法，其特征在于，包括下述步骤： A，依据串联变压器和旁路开关之间潮流转移的方向，结合当前实测线路电流，生成两 相静止坐标系下的阀侧电流参考初值、变化斜率和最终目标； B，将控制模式切换至阀侧电流单内环控制模式； C，通过基于两相静止坐标系下的电流单内环控制器，依据步骤A给定的阀侧电流参考 值，对阀侧电流进行控制，阀侧电流参考值由初值按照给定斜率变化至最终目标值，实现线 路潮流在串联侧变压器与其旁路开关之间的平滑转移。2. 根据权利要求1所述UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法，其特征在 于，首先通过实测线路相电压经过三相静止坐标系abc到两相静止坐标系αβ下的坐标变换 后，再与线路功率指令进行计算，得到线路电流指令后经过串联变压器变比换算后，得到串 联阀侧电流参考值的两相静止坐标系的邱分量;电流控制器根据所述阀侧电流参考值生成 换流器输出电压参考值：阀侧电流参考值的αβ分量分别减去作为反馈的实测阀侧电流值的 αβ分量后，经过电流内环的比例-谐振控制器的计算，得到串联换流器输出电压参考值的αβ 分量；串联换流器输出电压参考值的αβ分量经过两相静止坐标系αβ到三相静止坐标系abc 的坐标变换后，得到串联换流器输出电压参考值，换流阀控根据电压参考值输出相应的电 压，控制线路功率。3. 根据权利要求2所述UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法，其特征在 于，通过线路有功和无功功率指令IW、Q ref以及实测的线路交流电压，计算得到线路电流在 两相静止坐标系下的参考值ILaref、ILftref ;上式中：Pref、Qref分别是线路的有功功率指令和无功功率指令，UU、UL{!分别是实测线路 电压在两相静止坐标系下的αβ分量。4. 根据权利要求3所述UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法，其特征在 于，准比例-谐振控制器的传递函数为：(2) 上式中，kP是比例系数，kr是谐振系数，ωο是谐振频，ω。是截至角频率。5. 根据权利要求1或2所述UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法，其特征 在于，所述步骤A中，若潮流转移方向为由串联变压器转移至旁路开关，则阀侧电流参考值 初值为:将当前实测线路电流经坐标变换转化至两相静止坐标系邱下，再按照串联侧变压 器变比换算至阀侧，作为阀侧电流参考值的初值;阀侧电流参考值最终值为零； 若潮流转移方向为由旁路开关转移至串联变压器，则阀侧电流参考值初值为零；阀侧 电流参考值最终值为:将当前实测线路电流经坐标变换转化至两相静止坐标系下，再按照 串联侧变压器变比换算至阀侧，作为阀侧电流指令的最终目标值。6. 根据权利要求1或2所述UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法，其特征 在于，所述步骤B中，阀侧电流单内环控制模式直接对阀侧电流进行控制，控制器采用两相 静止坐标系下的比例-谐振控制器。7. 根据权利要求1或2所述UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法，其特征 在于，所述步骤C中，阀侧电流参考值由给定的初值按照给定斜率变化至最终目标值。8. 根据权利要求1或2所述UPFC串联变与其旁路开关之间的潮流转移控制方法，其特征 在于，串联侧变压器旁路开关应处于闭合状态;在统一潮流控制器启动时旁路开关初始状 态为闭合状态;在统一潮流控制器停机时旁路开关初始状态为断开状态，此时可先使换流 器零电压输出，再闭合旁路开关。
【文档编号】H02J3/06GK105896544SQ201610370980
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】姚为正, 刘欣和, 吴金龙, 胡亮, 冯宇鹏, 李道洋, 杨美娟, 王先为
【申请人】许继电气股份有限公司, 西安许继电力电子技术有限公司, 许继集团有限公司, 国家电网公司