利用统一潮流控制器抑制电力系统低频振荡.pdf

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1、2003年7月重庆大学学报JUI.2003第26卷第7期JoUrnaIofChonggingUniversityVoI.26No.7文章编号：1000-582X（2003）07-0074-04*利用统一潮流控制器抑制电力系统低频振荡刘!，吕厚余，候世英（重庆大学电气工程学院，重庆400044）摘要：随着电力系统的日益发展和复杂化，大电网中的低频振荡问题显得越来越突出。统一潮流控制器（UPFC）是灵活交流输电系统（FACTS）中功能最强、最具通用型的设备，若附加适当的控制，可提高系统的暂态稳定性，抑制系统的低频振荡。文中首先考虑到逆变器输出电压幅值和相位的调节以及

2、直流电容的充放电过程，以一组非线性微分方程来建立UPFC的动态模型，给出了单机无穷大系统的状态方程。在此基础上应用线性最优控制理论构造出UPFC状态反馈线性最优控制器，有效地抑制了系统的低频振荡，并配合理论进行了仿真研究。关键词：统一潮流控制器；灵活交流输电系统；线性最优控制；低频振荡中图分类号：TM712文献标识码：A自从大型互联电力系统出现以来，低频振荡问题造了UPFC的状态反馈线性最优控制器。就受到了高度的重视。当电力系统发生低频振荡时，1UPFC的动态模型整个原动机组的转子相对于电力系统发生振荡，其振考虑到逆变器输出电压幅值和相位的调节是一个荡频率通常在

3、每分钟几个周波或几十个周波的范围动态过程（它涉及到输入量的测量、滤波、变换、比较、内。这时，互联系统的一个部分就象一个发电机组部放大等环节）和直流电容的充放电过程，以一组非线件那样对另一部分摆动，极大地威胁着电力系统的安性微分方程来建立UPFC的动态模型。它比较全面地全。低频振荡通常产生于发电机组通过远距离输电线反应了实际装置的动态行为，具有简单、直观和明确的与无限大系统联接时，尤其是在重有功负荷情况下。优点，为控制器的设计提供了很好的基础。UPFC的现在已经知道，这种低频振荡是一旦发电机转子由于动态模型见图1、图2。相应有功负荷的变化而摇摆时，正阻尼不足甚至产

4、生负阻尼而引起的。通常采用附加励磁控制，即电力系统稳定器（PSS）来提供所需要的附加阻尼，抑制低频振荡。FACTS因其灵活性、可控性及稳定性成为电力系统研究领域的热点。它的出现无疑为抑制低频振荡提供了新的有效手段。文献［1-2］基于建立的PhiIIips-Heffron模型来分析可控串联电容补偿器（TCSC），静止无功补偿器（SVC），可转换静止补偿器（CSC）等FACTS装置镇定电力系统低频振荡的机理。UPFC是图1UPFC的基本结构图FACTS控制器中功能最强的一种，具有串联补偿和并由图1、图2所示的UPFC动态模型可写出方程：联补偿的综合作用，可以有效地阻

5、尼系统的振荡，提高U1=m1Uc（1）电力系统的暂态稳定性。笔者利用UPFC的动态模U2=m2UC（2）型，根据线性最优控制的原理，针对单机无穷大系统构*收稿日期：2003-03-10作者简介：刘!（1978-），女，辽宁葫芦岛人，重庆大学硕士研究生，从事电力电子在电力系统中的应用研究。第26卷第7期刘!等：利用统一潮流控制器抑制电力系统低频振荡752线性最优控制线性最优控制是目前诸多现代控制理论中应用最多，最成熟的一个分支。适合于多输入多输出系统的控制理论。早在20世纪70年代初便被引入到电力系统中。在远距离输电系统的发电机励磁控制、发电机组快速汽门控制、发电

6、机组的综合控制、发电机制动电阻的图2UPFC的等效电路图最优时间控制等方面取得了一系列的研究成果，研制cmlTmlct=-ml+ml0+Uml（3）了一系列新一代的电力装置［3］。cm当受控对象用线性状态空间描述，而性能指标具2Tm2=-m2+m20+Um2（4）ct有二次型的形式时，就可以实现具有状态反馈的线性c"l闭环最优控制系统，这在工程上具有很高的实用意义。T!l=-!l+!l0+U!l（5）ct对于线性时不变受控对象的状态空间描述为：c"x~=Ax+Bu2T!2=-!2+!20+U!2（6）ct其中x，u分别为I，r维向量。A，B分别为IXI，IXrc

7、UC维常系数矩阵。C=PC/UC（7）ct性能指标为：其中UPFC的电压逆变器采用正弦脉宽调制lTT（SPWM）；ml，m2，!l，!2分别为两侧逆变器的脉宽调=2J0（x@x+URU）ct制比和交流侧输出电压的相角；Tml，Tm2，T!l，T!2分别其中，@为IXI维常数对称正定（或半正定）控制加权为惯性时间常数；ml0，m20，!l0，!20分别为两侧逆变器矩阵，R为rXr维常数对称正定控制加权矩阵。的脉宽调制比给定值和相角给定值。最优反馈控制向量为：对图3、图4的单机无穷大系统，可知系统方程为：U*（t）=-k（xt）最优性能指标：*lT=x（0）P（x0

8、）2由黎卡提（Ricca