一种upfc换流器容量优化设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种UPFC换流器容量优化设计方法，首先根据电网的边界条件和负荷增长预测等因素确定UPFC线路潮流最大调节需求，然后按照线路的有功潮流传输约束条件，确定线路传输的初始有功潮流，并结合变压器漏抗的影响，计算出UPFC串联侧换流器需输出的电压矢量，最后根据线路运行的最大有功潮流得到UPFC串联侧换流器的容量。并且根据UPFC在调节线路有功潮流时，串联侧和并联侧换流器交换的有功功率，以及并联侧换流器的无功容量，计算得到并联侧换流器的容量该方法从电网的边界条件等因素出发，根据线路的最大传输功率和UPFC的最大潮流调节需求得到UPFC换流器的容量，计算简单方便。
【专利说明】
一种UPFC换流器容量优化设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种UPFC串联侧换流器容量的设计方法，属于电力系统柔性输电领 域。
【背景技术】
[0002] 统一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)是基于电压源换流器 的串、并联混合型FACTS装置，可快速、灵活、连续的调节线路的潮流，改善输电断面潮流分 布不均的现象，提高输电线路的利用效率，还可向电网注入无功功率，稳定系统节点电压， 提高供电可靠性。
[0003] 针对UPFC串联侧换流器容量的设计问题，目前需要借助PSASP进行潮流分析计算， 并描绘逐年UPFC控制电网功率变化的能力特性曲线，找出该曲线上的控制临界点，这种方 法计算过程复杂，且未充分考虑变压器漏抗对UPFC线路潮流调节能力与UPFC容量的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种直观简单的UPFC串联侧换流器容量设计方法，以及并联 侧换流器容量设计方法，用于解决现有技术的方案计算过程复杂的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明的方案包括：
[0006] -种UPFC串联侧换流器容量设计方法，步骤如下：
[0007] (1)、根据线路传输有功潮流的约束条件和线路最大有功潮流调节需求，确定线路 的初始运行功率；
[0008] (2)、根据UPFC最大有功潮流条件需求和所述初始运行功率，计算UPFC串联侧换流 器的最大电压矢量；
[0009] (3)、根据计算得到的UPFC串联侧的最大电压矢量和线路最大传输潮流计算得到 UPFC串联侧换流器的容量。
[0010] 进一步的，所述电网初始运行功率的计算方法为
[0011] P〇^Pmax-APmax (1)
[0012]式中，Po为未加入UPFC时线路传输的有功功率，Pmax为线路传输的最大有功潮流， A Pmax为线路最大有功潮流调节需求。
[0013]进一步的，所述UPFC串联侧的最大电压矢量的计算方法为
(2)
[0015] 式中，Vm*UPFC串联侧换流器输出的最大线电压有效值，Xms变压器漏抗，Xs为送 端电网线路阻抗，X R为受端电网线路阻抗，VR为受端电网线电压有效值。
[0016] 进一步的，在计算UPFC串联侧的最大电压矢量时，不计入变压器漏抗的影响;所述 UPFC串联侧的最大电压矢量的计算方法为
[0018] 式中，Vm为UPFC串联侧换流器输出的最大线电压有效值，XR为线路阻抗，VR为受端 电网线电压有效值。
[0019] 进一步的，所述串联侧换流器容量的计算方法为
(3)
[0021 ] 式中，Sse为UPFC的容量，Vs为送端电网线电压有效值。
[0022] 本发明还包括一种UPFC并联侧换流器容量设计方法，步骤如下：
[0023] (1)、根据系统对节点电压调节范围的需求，计算出并联侧换流器的无功容量；
[0024] (2)、根据UPFC在调节线路有功潮流时，串联侧和并联侧换流器交换的有功功率， 以及并联侧换流器的无功容量，计算得到并联侧换流器的容量；
[0025] 计算所述串联侧和并联侧换流器交换的有功功率，需要首先根据线路传输有功潮 流的约束条件和线路最大有功潮流调节需求，确定线路的初始运行功率;然后根据UPFC最 大有功潮流条件需求和所述初始运行功率，计算UPFC串联侧换流器的最大电压矢量。
[0026] 进一步的，所述并联侧换流器无功容量的计算方法为
(4)
[0028] 式中，Qsh为UPFC并联侧换流器的无功容量，Vs为送端电网线电压有效值，A Vs为节 点电压调节范围。
[0029] 进一步的，所述并联侧和串联侧换流器交换的有功功率计算方法为
(5)
[0031] 式中，Qrq为未接入UPFC时受端电源输出的无功功率，VR为受端电网线电压有效值； Vm*UPFC串联侧换流器输出的最大线电压有效值，Xms变压器漏抗，xs为送端电网线路阻 抗，X R为受端电网线路阻抗。
[0032] 进一步的，所述并联侧换流器容量的计算方法为
[0034]本发明提供了一种UPFC串联侧换流器容量设计方法，以及一种UPFC并联侧换流器 容量设计方法，从电网的边界条件和负荷增长预测出发，以线路最大潮流传输能力为约束 条件，得出了一种简单直观的UPFC串联侧和并联侧换流器容量设计方法。
[0035]另外，在计算UPFC串联侧换流器需输出的电压矢量大小时，充分考虑了变压器漏 抗对线路潮流的影响，使设计结果更加符合实际应用。
【附图说明】
[0036] 图1是线路潮流控制等效电路；
[0037] 图2是UPFC串联侧和并联侧换流器容量设计流程图。
【具体实施方式】
[0038] UPFC换流器容量设计，包括串联侧换流器容量设计和并联侧换流器容量设计。
[0039] 如图2所示，本发明提供的UPFC串联侧换流器容量设计方法包括以下步骤：
[0040] a、根据电网的边界条件和负荷增长预测等因素确定线路潮流最大调节需求；
[0041] b、按照线路有功潮流最大传输能力的约束条件，结合线路潮流最大调节需求，确 定UPFC在进行线路最大潮流调节时，线路的初始有功潮流，即Po = Pmax- A Pmax;
[0042] c、根据变压器的漏抗和线路阻抗，计算出UPFC串联侧换流器需输出的电压矢量大 小，具体为
；作为其他实施方式，不计入变压器漏抗时，串 联侧最大电压矢量的计算方法为
[0043] d、根据线路运行的最大有功潮流计算UPFC串联侧换流器的容量，具体为
[0044]如图2所示，并联侧换流器容量设计的方法，包括：
[0045] A、根据节点电压调节范围的要求计算并联侧换流器的容量，具体为 .3
[0046] B、结合以上步骤c得到的UPFC串联侧换流器的最大电压矢量，计算并联侧和串联 侧换流器交换的有功功率为
[0047] C、计算并联侧换流器的容量为。
[0048] 下面对上述方案的原理进行具体说明：
[0049]加入UPFC后，输电线路的等效电路如图1所示，根据叠加定理可得，送端电网电流 和线路电流为 (7)
[0051] 式中，is为送端电网电流，iR为线路电流，Vs为送端电网电压， VR为受端电网电压， 为换流器输出的阀侧电压，Xs = j ? Ls为送端电网线路阻抗，Xm= j ? Lm为变压器漏抗，Xr = j?Lr为受端电网线路阻抗。
[0052] 由于并联侧换流器输出的无功功率对线路的有功功率传输没有影响，因此可先不 考虑并联侧输出的无功电流，且UPFC在调节线路有功潮流时，其并联侧的有功电流相对线 路电流较小，因此可忽略并联侧电流对线路电流的影响，此时线路传输的有功功率为
(8)
[0054]串联侧和并联侧交换的有功功率为
(9)
[0056]式中，Vs为送端电网线电压有效值，VR为受端电网线电压有效值，Vm为串联侧换流 器输出电压的有效值，^为串联侧换流器输出电压相位，S为送端电网电压和受端电网电压 的相位差。
[0057]未接入UPFC时，线路的潮流为
110)
[0059]因此，UPFC对线路有功潮流的改变量为
(11)
[0061 ]当
时，UPFC对线路有功潮流的提升最大，为
(12)
[0063]当
「时，UPFC对线路有功潮流的降低最大，为
(13)
[0065]根据式（12)和（13)可知，在UPFC串联侧换流器电压矢量相同的情况下，UPFC对线 路有功潮流的提升能力小于对线路有功潮流的降低能力，因此在设计UPFC容量时，需按照 UPFC对线路有功潮流的提升能力进行计算。
[0066]假设UPFC对线路有功潮流的最大提升能力需求为A Pmax，根据式（12)，UPFC串联侧 (14) 换流器需输出的电压大小为
[0068]线路的最大电流为
(15)
[0070]结合式(14)和(15)，可得UPFC串联侧换流器的容量为
(16)
[0072]当UPFC对线路有功潮流提升最大时，即
，串联侧和并联侧换流器交换 的有功功率为
(17)
[0074]当UPFC对线路有功潮流降低最大时，即'，串联侧和并联侧换流器交换 的有功功率为
CIS)
[0076]未接入UPFC时，受端电源VR发出的无功为
19)
[0078]因此，串联侧和并联侧换流器交换的有功功率大小为
(20)
[0080]并联侧换流器输出的无功功率与节点电压变化量的关系为
[0082]根据以上两式可得并联侧换流器的容量为 (21) (22)
[0084]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. 一种UPFC串联侧换流器容量设计方法，其特征在于，步骤如下： (1) 、根据线路传输有功潮流的约束条件和线路最大有功潮流调节需求，确定线路的初 始运行功率； (2) 、根据UPFC最大有功潮流条件需求和所述初始运行功率，计算UPFC串联侧换流器的 最大电压矢量； (3) 、根据计算得到的UPFC串联侧的最大电压矢量和线路最大传输潮流计算得到UPFC 串联侧换流器的容量。2. 根据权利要求1所述UPFC串联侧换流器容量设计方法，其特征在于，所述电网初始运 行功率的计算方法为 Po^iPmax- Δ Pmax ( 1 ) 式中，P〇为未加入UPFC时线路传输的有功功率，Pmax为线路传输的最大有功潮流，APmax 为线路最大有功潮流调节需求。3. 根据权利要求1所述UPFC串联侧换流器容量设计方法，其特征在于，所述UPFC串联侧 的最大电压矢量的计算方法为(2) 式中，Vm^UPFC串联侧秧流器湔出的最大线电压有效值，乂》为变压器漏抗，Xs为送端电 网线路阻抗，XR为受端电网线路阻抗，VR为受端电网线电压有效值。4. 根据权利要求2所述UPFC串联侧换流器容量设计方法，其特征在于，在计算UPFC串联 侧的最大电压矢量时，不计入变压器漏抗的影响;所述UPFC串联侧的最大电压矢量的计算 方法为式中，Vm*UPFC串联侧换流器输出的最大线电压有效值，XR为线路阻抗，VR为受端电网 线电压有效值。5. 根据权利要求3或4所述UPFC串联侧换流器容量设计方法，其特征在于，所述串联侧 换流器容量的计算方法为(3) 式中，Sse3为UPFC的容量，Vs为送端电网线电压有效值。6. -种UPFC并联侧换流器容量设计方法，其特征在于，步骤如下： (1) 、根据系统对节点电压调节范围的需求，计算出并联侧换流器的无功容量； (2) 、根据UPFC在调节线路有功潮流时，串联侧和并联侧换流器交换的有功功率，以及 并联侧换流器的无功容量，计算得到并联侧换流器的容量； 计算所述串联侧和并联侧换流器交换的有功功率，需要首先根据线路传输有功潮流的 约束条件和线路最大有功潮流调节需求，确定线路的初始运行功率;然后根据UPFC最大有 功潮流条件需求和所述初始运行功率，计算UPFC串联侧换流器的最大电压矢量。7. 根据权利要求6所述UPFC并联侧换流器容量设计方法，其特征在于，所述并联侧换流 器无功容量的计算方法为(4) 式中，Qsh为UPFC并联侧换流器的无功容量，Vs为送端电网线电压有效值，△ Vs*节点电 压调节范围。8. 根据权利要求7所述UPFC并联侧换流器容量设计方法，其特征在于，所述并联侧和串 联侧换流器交换的有功功率计算方法为(5) 式中，Qro为未接入UPFC时受端电源输出的无功功率，VR为受端电网线电压有效值;Vm* UPFC串联侧换流器输出的最大线电压有效值，Xm*变压器漏抗，1为送端电网线路阻抗，XR 为受端电网线路阻抗。9. 根据权利要求8所述UPFC并联侧换流器容量设计方法，其特征在于，所述并联侧换流 器容量的计算方法为
【文档编号】H02J3/00GK105958481SQ201610371615
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】姚为正, 冯宇鹏, 吴金龙, 何青连, 刘欣和, 李道洋, 王先为, 杨美娟
【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