upfc控制器及其物理实验装置的设计

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1、UPFC控制器及其物理实验装置的设计

2、第1摘　要:在详细分析含UPFC的网络方程的基础上，描述了并联侧采用电压控制/无功电流控制，串联侧采用自动潮流控制/电压注入的控制策略。并提出了UPFC控制器物理实验装置的实现方案。为保证控制系统的响应速度，在控制器的设计中采用DSP芯片。　　1前言　　统一潮流控制器(UPFC)能快速地对线路的阻抗、线路端电压幅值及其相角进行控制，从而快速地、连续地调节线路潮流和节点电压，起到串联补偿、并联补偿和移相调节等多方面的作用。因而是柔性交流输电技术中最引人注目、最有应用价值

3、的一种控制系统。UPFC自1992年由美国西屋科技中心的L.Gyugyi博士首次提出以来，研究者众多，世界上第一台UPFC于1998年被安装在美国INEZ地区138kV的高压输电线上，并成功运行。在我国虽有大量的专家学者对UPFC进行研究，也仅停留在试验阶段。　　本文在详细地分析UPFC工作原理、含UPFC的网络方程的基础上，描述了并联侧采用电压控制/无功电流控制，串联侧采用自动潮流控制/电压注入的控制策略，并设计相应的物理实验装置方案。2UPFC的工作原理　　图1为UPFC接入单机无穷大系统的示意图

4、。500)this.style.ouseg(this)">　　UPFC由两个共用直流侧电容的电压源变换器组成。变换器VSC1通过变压器TP并联接入系统，VSC2通过变压器TS串联接入系统。VSC1单独作用时向接入点注入一个幅值可调与接入点电压垂直的电流，向系统提供无功功率的补偿以调节注入点电压，相当于STAT。VSC2单独作用时向系统提供一个幅值可调与线路电流垂直的串联电压，相当于SSSC。当VSC1、VSC2与直流侧电容共同以UPFC方式工作时，VSC2出口电压V2相位相对于线路电流0~360°任意可调

5、，从而达到调节线路有功功率和无功功率的目的。3UPFC的控制　　UPFC的等效电路如图2所示，图中，将UPFC的并联侧和串联侧分别用受控电流源和受控电压源进行等效，Vi∠θi为UPFC接入系统处的母线电压和相角；Vj∠θj为UPFC线路侧母线电压和相角；Vs为线路末端处无穷大系统电压幅值；δ为参考电压Vs与q轴间的夹角；XT1、XT2为变压器的等效电抗；V1∠θ1、V2∠θ2为两侧变换器等效电压幅值和相位；I1、I2为两侧电流相量；PL、QL为线路中的有功功率和无功功率。500)this.style.

6、ouseg(this)">　　则线路功率方程为　500)this.style.ouseg(this)">　　节点i的电压表示为　500)this.style.ouseg(this)">　　考虑稳态时UPFC两侧的有功平衡，有　500)this.style.ouseg(this)">　　Eq、Xd、Xq为发电机的暂态电势和d、q轴电抗，则含UPFC的网络方程为　500)this.style.ouseg(this)">　　当给定系统参数Eq、Vs、δ和控制目标PL、QL、Vi则可由上面的8个方程确定变量

7、I1、θ1、V2、θ2，从而可确定I2、Vj的幅值和相位。　　根据以上计算结果，将vi、vj、i1、i2作控制变量，采用图3所示的控制策略对系统进行控制。图中，UPFC的控制被分为两部分，VSC1作为并联补偿的控制和VSC2作为串联补偿的控制。　　θ值由节点i处的三相电压瞬时值vi确定，并被锁定为via的相位。VSC1侧测量到的三相电流瞬时值i1被分解为直轴分量I1d和横轴分量I1q（也被称为有功分量和无功分量）两部分。所测得的输电线路电流瞬时值i、节点i处的三相电压瞬时值vi也分别被分解为直轴分量Id、

8、Vid和横轴分量Iq、Viq。500)this.style.ouseg(this)">　　并联侧VSC1的控制原理为：节点处的电压幅值参考值Viref与实测值Vi进行比较，经过一个外环电压控制，所得结果通过一个误差放大器进行放大，则得到VSC1侧电流的横轴分量参考值I1qref。调制系数Kdroop为VSC1侧流过额定无功电流时所允许的电压误差值。横轴分量参考值I1qref与实测值I1q进行比较，通过一个内环无功电流控制，其差值通过误差放大器，则得到并联侧电压相对于i节点处电压的相角α。θi为θ与α的和。

9、直流侧电容电压vdc由并联侧VSC1的电压v1进行动态调节。对应某些特定情况下的Viref，若I1qref超出了VSC1的额定电流，则I1qref的绝对值被限制为1p.u.，Viref的值也被调小。注入点电压的可控范围由无功电流内环进行控制，I1qref可在-1p.u.到+1p.u.范围内进行变化。当VSC1呈感性电抗时，对应的横轴分量参考值I1qref为正值，当VSC1呈容性电抗时，对应的横轴分量参考值I1qref为负值。这