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协调分布式潮流控制器串并联变流器能量交换的等效模型

更新时间：2019-12-26 14:52:05 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：潮流控制器串并联变流器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

由分布式潮流控制器的特性出发,建立了反映内部3次谐波能量动态交换的基于电流注入法和功率解耦控制法的分布式潮流控制器等效数学模型,设计了以3次谐波能量平衡为基础的串并联控制器.基于电力系统全数字仿真装置(ADPSS)的电磁暂态仿真功能和用户自定义模型功能,分别建立了分布式潮流控制器的仿真平台;基于该电磁暂态实验平台,通过分布式潮流控制器等效模型与电磁暂态模型仿真结果的对比分析,验证了所建分布式潮流控制器等效数学模型的正确性;基于机电暂态中用户自定义模型功能,在WSCC9系统和某500 kV实际电网进行了稳态功率调控实验,证明了所建模型的有效性.

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V01．42 No．7

Apr．10，2018

℃力乐玩訇亏力化

Automation of Electric Power

Systems

80118002

DOI：10．7500／AEPS201

协调分布式潮流控制器串并联变流器能量交换的等效模型

唐爱红1，高梦露1，黄涌2，赵红生2，徐秋实2，郑

旭2

(1．武汉理工大学自动化学院，湖北省武汉市430070；2．国网湖北省电力公司经济技术研究院，湖北省武汉市430070)

摘要：由分布式潮流控制器的特性出发，建立了反映内部3次谐波能量动态交换的基于电流注入

法和功率解耦控制法的分布式潮流控制器等效数学模型，设计了以3次谐波能量平衡为基础的串

并联控制器。基于电力系统全数字仿真装置(ADPSS)的电磁暂态仿真功能和用户自定义模型功

能，分别建立了分布式潮流控制器的仿真平台；基于该电磁暂态实验平台，通过分布式潮流控制器

等效模型与电磁暂态模型仿真结果的对比分析，验证了所建分布式潮流控制器等效数学模型的正

确性；基于机电暂态中用户自定义模型功能，在WSCC9系统和某500 kV实际电网进行了稳态功

率调控实验，证明了所建模型的有效性。

关键词：分布式潮流控制器；3次谐波；电流注入法；内部能量交换；电力系统全数字仿真装置

量生产，制造成本低、制造周期短，便于拆卸和异地

重装，可根据电力需求逐年分批建设，减少初始投资

和占地面积，且单个换流器故障时装置仍可继续工

作，可靠性更高。

引言

分布式潮流控制器(DPFC)[1-2]是一种结合分布

式静止串联补偿器(DSSC)[3]与统一潮流控制器

(UPFC)[4

3特点的柔性交流输电系统(FACTS)。并

为研究DPFC对大电网机电特性的影响，建立

DPFC等效数学模型尤为重要，国内外专家学者对

其进行了大量研究。文献[8]研究了DPFC阻尼功

率振荡的能力，介绍了DPFC的电流注入等效模

型，目的是设计功率振荡阻尼辅助控制器。文献[9]

提出了DPFC基于等效电压源的等效数学模型，其

中包括基频网络和3次谐波网络，并对其内部能量

守恒进行了分析，但都未提及适用于电网潮流计算

的数学模型。文献[10]中采用基于PSCAD／

EMTDC的DPFC详细开关器件电磁暂态模型，时

间常数在微秒级，仿真精度高，但所能实现的仿真系

统规模较小，且受算法的限制，该详细开关模型不能

直接应用于电网潮流计算，无法验证DPFC对大电

网潮流的调节效果。

联侧三相变流器VSCl主要与系统进行基波功率交

换，所交换的无功功率用于对系统母线电压进行控

制，所交换的有功功率用于维持并联侧直流电容电

压为目标值。并联侧变流器VSC2主要用于与串联

侧变流器进行3次谐波有功功率的交换，以保证串

联侧变流器直流电容电压恒定。DPFC串联侧变流

器一方面从系统吸收并联侧传输过来的3次谐波有

功功率，用于维持本身直流电容电压为目标值；另一

方面，根据系统潮流调控的需要，向系统注入幅值和

相角均可调的基波电压。DPFC采用小容量单相串

联变流器组分散布置，提高了控制的灵活性，有效降

低了成本[5]；去除了UPFC串并联侧间公共直流电

容，提高了装置的可靠性，DPFC具有对电力系统的

电抗、电压、功率等结构参数和运行参数进行调节的

特性，能够提高电网输电能力，抑制电力系统功率振

荡，增强电力系统稳定性[6]，且具有不平衡度补偿、

电能质量治理等特点【7]。DPFC同时适用于输、配

电网。与UPFC相比，DPFC的优势[53在于：DPFC

串联侧采用小容量低价格的电力电子器件，方便批

本文将研究适用于电网潮流计算、反映DPFC

内部3次谐波能量动态交换的等效数学模型；基于

电流注入法和功率解耦控制法，设计以3次谐波能

量平衡为基础的串并联控制器；基于电力系统全数

字仿真装置(ADPSS)进行仿真实验，验证DPFC等

效数学模型的正确性和有效性。

收稿日期：2018一01—18；修回日期：2018-01-26。

上网日期：2018一02—27。

DPFC的功率特性分析

国家自然科学基金资助项目(511 77114)；国家电网公司科技

项目(52150016000Y)。

由傅里叶分析可知，非正弦电压和电流可表示

为振幅和频率都不相同的正弦函数，其有功功率可

万方数据

唐爱红，等协调分布式潮流控制器串并联变流器能量交换的等效模型

(4)

表不为：

P，一P，h+P，。一P。

式中：P，为线路首端的有功功率；P，。为DPFC并联

侧变流器吸收的有功功率；P。。为DPFC串联侧变流

器向系统注入的有功功率；P。为DPFC所在线路

末端的有功功率，如图1所示。

cos是叫fdt一

P—I

cos(iwt+ ：)I

V。，^I cos(ieot+ ，)cos走∞fdt—

J 0

丢、，，f。卜os((i川卅 +

cos((i—k)∞f+∞：))dt

(1)

式中：i和k为谐波次数；V，为谐波电压幅值；J。为

谐波电流幅值；妒，为i次谐波中电压V；与电流，，

之间的初始相角差。

}{：联侧变流器

==>基波有功功率Ps。；二 3次谐波有功功率只。3

当i≠是时，有

_V，，。(sin((i+k)叫f+∞，)

图1 DPFC拓扑结构

structure of DPFC

Topology

Fig．1

P一百1

(i+k)∞

1一o(2)

考虑DPFC直流电容上的功率以及3次谐波传

输的功率，DPFC串并联侧内部功率流动如下：

型芝兰掣l

z一定J叫

n／

当i—k时，有

(5)

P。h—P，h1+P_sh,dc

(6)

(7)

P洲一Pm+P_se．dc

P一1Viii(型等型卜Tcos ，)一

sc3一P州

(3)

式中：P小．为DPFC并联侧基波有功功率；P。为串

联侧3次谐波功率；P扎。。和P。。。分别为串、并联侧

直流电容上的有功功率；P删为串联侧变流器注入

线路中的基波功率。

k。s驴。

由式(2)和式(3)可知，不同频率的电压和电流

得到的有功功率有效值为零；同一频率的电压、电流

得到的有功功率和其他频率的有功功率相互独立。

因此，不带电源的变流器，不计损耗时，可以吸收某

一频率的有功功率，并产生其他频率的有功功率。

在三相交流系统中，每相内只有3的倍数次谐波是

彼此独立的，且三相电流大小相等、方向相同，在远

程传输中可不考虑三相间的同步问题。且传输线路

是感性阻抗，阻抗大小正比于谐波次数，在所有3的

倍数次谐波中3次谐波对应最小阻抗，因此选用

由式(5)至式(7)有如下关系：

(8)

P，h—P刊一Psh．dc+Pse．dc

即DPFC并联侧从系统吸收的功率与串联侧注入

系统的基波功率之差为串并联侧直流电容上消耗的

功率P“川。+P。¨ 因此可得3次谐波用于串并联

变流器间的有功率交换，仅在DPFC内部流动。

采用电流注入法[123建立DPFC的等效数学模

型，电流注入法的特点为：在潮流控制过程中，无需

改变DPFC两侧接入点的节点类型，不增加节点导

纳矩阵的阶数，控制简单灵活。DPFC的电流注人

模型如图2所示。

3次谐波进行DPFC串并联侧有功功率的交换。又

由于星形三角形变压器的三角侧对零序分量而言

是开路，即零序分量能被阻断而不流人装置所在线

路之外的系统，同时还能通过星形侧的中性线接地

形成回路，可省略滤波器，降低装置成本。

DPFC数学模型

如图1所示为DPFC拓扑结构，根据DPFC的

工作原理口。2“”j，可将DPFC并联侧变流器VSCl

等效为电压源V洲、并联侧变流器VSC2等效为

3次谐波电压源V舳；DPFC串联侧变流器可等效为

基频电压源V刚与3次谐波电压源V刚的并联组

◆”

图2 DPFC的电流注入模型

Current

model of DPFC

Fig．2

injection

在图2中DPFC的电流注入模型中．J。。，

合u 。因此，DPFC的等效电压源模型如附录A

图A1所示。

，。。，，。表示3次谐波电流在DPFC装置及系统

内部流动的过程，用虚线表示；V。和V。分别为线

不计线路和换流器损耗，含DPFC装置的系统

满足以下有功平衡方程：

info．COrll

3 1

http：／／www．aeps

万方数据

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