一种upfc线路侧无功潮流优化控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种UPFC线路侧无功潮流优化控制方法，其核心思想为线路的无功损耗由UPFC提供，送端和受端电网不提供无功功率。根据线路电流有效值和电网阻抗计算得到线路的无功损耗，将其作为UPFC串联侧变换器的线路无功潮流指令；将送端电网的无功功率与零做差，对其进行闭环控制，得到并联侧换流器的无功功率指令；该方法能够在UPFC容量一定的情况下，增强UPFC对线路有功潮流的控制能力，且UPFC为线路提供无功功率，降低了线路无功损耗对电网电压的影响，提高了送端和受端电网的稳定性。
【专利说明】
一种UPFC线路侧无功潮流优化控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种UPFC线路侧无功潮流优化控制方法，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] 线路潮流控制系统如图1所示，由并联变压器、并联换流器、串联变压器、串联换流 器和旁路开关等组成。并联换流器用于稳定换流器的直流母线电压，并向电网注入或吸收 无功功率;串联换流器通过调整其输出电压矢量幅值和相位，改变线路的有功和无功潮流。
[0004] 针对UPFC串联侧线路潮流指令给定的问题，传统的线路潮流控制方法为，有功潮 流指令根据系统的负荷、线路的运行情况等由调度人员下发;无功潮流指令给定为零。采用 这种无功潮流控制时，UPFC对线路有功潮流的调节能力降低，且线路的无功损耗由受端电 源提供，UPFC串联侧输出的无功由送端电源吸收，送端和受端电网电压的稳定性降低，此外 UPFC串联侧和并联侧交换的有功功率大。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种UPFC线路侧无功潮流优化控制方法，用以增强UPFC对线 路有功潮流的控制能力，降低线路无功损耗和UPFC输出的无功功率对电网电压的影响，提 高送端和受端电网电压的稳定性，并减小UPFC串联侧和并联侧交换的有功功率。
[0006] -种UPFC线路侧无功潮流优化控制方法，包括
[0007] UPFC串联侧变换器的控制:UPFC串联侧换流器的线路无功潮流指令根据线路电流 有效值和电网阻抗计算得到；
[0008] UPFC并联侧换流器控制:UPFC并联侧换流器的无功功率指令根据送端电网的无功 功率闭环控制得到。
[0009] 进一步的，所述UPFC串联侧的线路无功潮流指令计算方法为Qref_se = 3Iirms2XR，式 中:XR为线路阻抗，Ιι_为线路电流有效值。
[0010] 进一步的，所述并联侧换流器的无功功率指令根据送端电网的无功功率与零做 差，利用PI调节器闭环控制得到。
[0011] 本发明对现有技术的贡献主要在于串联侧的控制方式。当采用线路无功潮流控制 为零时，存在UPFC对线路有功潮流的调节能力下降，送端和受端电网电压稳定性降低，UPFC 串联侧和并联侧交换的有功功率大的问题，因此本发明提供的线路潮流控制方法具有以下 优势:提高了UPFC对线路有功潮流的控制能力，增强了送端和受端电压稳定性，UPFC串联侧 和并联侧交换的有功功率小，且实现简单。
【附图说明】
[0012] 图1是线路潮流控制系统示意图；
[0013] 图2是线路潮流控制等效电路；
[0014] 图3是线路潮流控制矢量图；
[0015] 图4是线路无功潮流优化控制框图；
[0016] 图5是本发明所提线路侧无功潮流优化策略和传统策略的对比图。
【具体实施方式】
[0017] 本发明提供的UPFC线路侧无功潮流优化控制方法包括以下步骤：
[0018] (1)、根据线路电流有效值和电网阻抗计算得到UPFC串联侧的线路无功潮流指令；
[0019] (2)、将送端电网的无功功率闭环控制得到UPFC并联侧换流器的无功功率指令。
[0020] 如图4所示，具体的，所述UPFC串联侧的线路无功潮流指令计算方法为(W，= 3Ilrms2X R，式中：Xr为线路阻抗，Ilrms为线路电流有效值。所述并联侧换流器的无功功率指令 根据送端电网的无功功率与零做差，利用PI调节器闭环控制得到。
[0021] Qref_se = 3Iirms2XR是基本公式，作为其他实施方式，也可以对其进行变形得到其他 的公式。
[0022] 下面对该控制方法进行具体说明：
[0023]加入UPFC后，输电线路的等效电路如图2所示，以送端电网相电压V1为基准，系统 的矢量图如图3所示，送端电压V1、线路V2点和受端电压VR的dq轴分量分别为
(1) (2) (3)
[0027]式中：V1为送端电网相电压有效值，Vr为受端电网相电压有效值，V12为UPFC串联侧 传入线路电压的有效值，θ12为UPFC串联侧输出电压相位，δ为送端电网电压和受端电网电压 的相位差。
[0028]线路电流的dq轴分量为 (4)
(5)
[0032]其中Xr为线路阻抗，i Shd为UPFC并联侧的d轴电流，i shq为UPFC并联侧的q轴电流。 [0033] UPFC串联侧的功率为
(6) (7) (:8) (9) (10)
[0043 ] 线路电抗消耗的无功由电源Vi、vi2和VR共同提供，如下式
[0044] Ql = -(Qr+Qi+Qi2) (11)
[0045] 传统的UPFC控制方法为将线路^点的无功功率控制为零
[0046] Q2 = O (12)
[0047] 可以求得，降低线路传输有功功率时UPFC串联侧输出电压的角度为
(13)
[0049]提升线路传输有功功率时UPFC串联侧输出电压的角度为
Π 4)
[0051 ]本文提出的UPFC控制方案为将线路V2点的无功功率控制为线路的无功损耗，BP
[0052] Q2 = Ql (15)
[0053] 可以求得，降低线路传输功率时UPFC串联侧输出电压的角度为
(16)
[0055]提升线路传输有功功率时UPFC串联侧输出电压的角度为
(17)
[0057] UPFC的容量为
[0058] S = 3Vl2llrate (18)
[0059] 其中Iirate为线路额定电流。
[0060] 根据以上推导，采用两种不同的控制策略时，UPFC对线路有功潮流的改变能力、对 送端和受端电源的影响以及UPFC串联侧和并联侧交换的有功功率如图5所示。
[0061] 在进行线路潮流控制时，本发明所提线路无功潮流优化策略较传统策略的优势 为，在改变相同的线路潮流时，所需的UPFC容量更小，线路的无功损耗由UPFC提供，送端和 受端电源无需输出或吸收无功功率，电网电压稳定性更好，且UPFC串联侧和并联侧交换的 有功功率更小。
[0062] UPFC的控制方案主要包括两部分，即对串联侧和并联侧分别采用不同的无功潮流 指令:对于串联侧，根据线路电流有效值和电网阻抗计算得到线路的无功损耗，将其作为 UPFC串联侧换流器的线路无功潮流指令。对于并联侧，将送端电网的无功功率和零做差，对 其进行闭环控制，得到并联侧换流器的无功潮流指令。本发明对现有技术的主要贡献在于 串联侧的控制，对于并联侧控制，也可以采用现有技术中的其他控制策略。
【主权项】
1. 一种UPFC线路侧无功潮流优化控制方法，其特征在于:包括 UPFC串联侧变换器的控制:UPFC串联侧换流器的线路无功潮流指令根据线路电流有效 值和电网阻抗计算得到；所述UPFC串联侧的线路无功潮流指令计算方法为Qre3f_se3 = 31 irms2XR，式中:Xr为线路阻抗，I irms为线路电流有效值； UPFC并联侧换流器控制:UPFC并联侧换流器的无功功率指令根据送端电网的无功功率 闭环控制得到。2. 根据权利要求1所述的UPFC线路侧无功潮流优化控制方法，其特征在于，所述并联侧 换流器的无功功率指令根据送端电网的无功功率与零做差，利用PI调节器闭环控制得到。
【文档编号】H02J3/06GK105914741SQ201610371206
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】姚为正, 冯宇鹏, 吴金龙, 郝俊芳, 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