UPFC控制参数在电网运行控制中的设置研究

1、摘要目前，世界范围内大型电网的联网运行，已经成为世界各国现代电力系统发展的极大趋势，FACTS技术在世界范围内有广阔的应用前景。而统一潮流控制器是柔性交流输电家族中功能最强大的一员，它具有调节线路参数，维持母线节点电压，调节线路潮流等诸多功能。本文从含UPFC的潮流计算，控制策略，参数设置等方面进行了研究。本文首先从理论出发，详细分析电力系统潮流计算的原理以及相关的方法，初步介绍了UPFC的基本结构，工作原理，总结了UPFC的工作方式，建立了UPFC在三相静止坐标下的动、稳态数学模型等，详细讨论计及补偿元件时电网模型，分析计及可补偿元件运行状况的改变。通过在MatlabSimulink软件环境

2、下，搭建UPFC仿真模型，对本文所采用的UPFC控制策略进行了仿真验证。关键词：统一潮流控制器；潮流分析；参数设置AbstractAt present,the development direction of electric power system of all countries is that more and more transmission-line systems of electrics power system is connected each other.FACTS technology has broad application prospects.As one th

3、e most powerful member of Flexible AC Transmission System family,unified power flow controller(UPFC) can adjust the line parameters,bus bar node voltage and line power flow and so on.This paper includes the power flow Calculation of UPFC,control strategies of UPFC and its Parameter settings.This pap

4、er starts from the theory,detailed analysis of the principle of the power system flow calculation and related methods is done.And it preliminarily introduces basic structure of UPFC working principle,summes up all the works of UPFC,establishes UPFCs steady-state and dynamic-state mathematical modes,

5、etc,and detailly discusses the grid model with Compensating elements, analyzes the change of running status with Compensating elements.This paper establishes the UPFC simulation model in the MatlabSimulink platform.This simulation software tests the control strategy of UPFC system proposed in this p

6、aper.Key words:UPFC;Trend analysis; Parameter settings1 绪论1.1 课题的意义 随着工农业用电量的急剧增加，输电效率和安全可靠性成为电力系统中迫切需要解决的重要课题。电力网络中的输电可控性与配电及发电相比较差一些，网络中潮流的分布会随着自然负荷的分布而改变，可能造成较大的电能损失，也影响了系统的电能质量。柔性交流输电（FATCS）技术能有效地提高输电效率，提高电力系统的安全稳定运行能力，促进电网的大互联，潜在着显著的经济和社会效益。统一潮流控制器（UPFC）是一种功能最强大、特性最优越的新一代柔性交流输电装置，也是迄今为止通用性最好的FA

7、CTS装置，综合了FACTS元件的多种灵活控制手段，它包括了电压调节、串联补偿和移相等所有能力，它可以同时并非常快速的独立控制输电线路中有功功率和无功功率。UPFC可以控制线路的潮流分布,有效地提高电力系统的稳定性。1.2 UPFC的发展现状自1986年美国NGHingorani博士提出灵活交流输电系统(Flexible AC Transmission Systems简称FACTS)以来，各种类型的FACTS元件应运而生，其中UPFC由于其强大的控制功能，一直在引起国内外学者的广泛关注。目前，对UPFC的研究一般从2个方面入手：1)UPFC自身的完善，如主电路结构、控制策略等方面的研究；2)U

8、PFC在电力系统中的应用性研究。世界最大的UPFC安装在美国的肯塔基州东部的Inez变电站，串并联电压变换器的容量均为±160MVA，其中并联部分于1997年7月完成，串联部分于1999年投入。该工程由AEP，西屋公司及美国电力科学研究院合作完成，它是第一个投入运行的统一潮流控制器。它的主电路采用由GTO组成的8重化三水平GTO结构，输出48k±1次谐波。该UPFC采用了二台容量为160MVA有源（电压）变流器。这二台变流器可分别运行，一个当做静止调相器（STATCOM）而另一个当做静止同步串联补偿器（SSSC）。正常情况下他们将作为UPFC运行。日本的Okayama大学也

9、做一个容量为10KVA的物理模型。1.3本论文的主要工作本文以UPFC控制参数在电网运行控制中的设置为研究内容，在总结前人研究成果的基础上，主要做了以下的工作。1. 在查阅了大量参考文献的基础上，详细分析电力系统潮流计算的原理以及相关的方法，初步分析UPFC原理、作用和参数设置。2. 详细讨论计及补偿元件时电网模型，详细分析计及可补偿元件运行状况的改变。3. 采用Matlab仿真工具，通过在MatlabSimulink软件环境下，搭建UPFC仿真模型，计算某系统的潮流，对UPFC控制参数进行设置研究，将结果以较清晰的界面反应。4. 将数据结果在论文中以表格的形式表示，对仿真结果进行分析，进行理

10、论总结。2 简单电力系统潮流计算2.1 电力线路的功率损耗和电压降落1. 线路的功率损耗 图2-1线路的等值电路线路的等值电路示于图2-1，忽略对地电导，功率为三相功率，电压为线电压。阻抗两端通过的电流相同，均为I， 阻抗两端的功率则不同，分别为和。电力线路传输功率时产生的功率损耗既包括有功功率损耗，又包括无功功率损耗，线路功率损耗分为电流通过等值电路中串联阻抗时产生的功率损耗和电压施加于对地导纳时产生的损耗。1） 串联阻抗支路的功率损耗电流在线路的电阻和电抗上产生的功率损耗为 （2-1）若电流用首端功率和电压计算，则 （2-2）由于采用功率和电压表示电流，而线路存在功率损耗和电压损耗，因此线

11、路两端功率和电压是不同的，在使用以上公式时功率和电压必须是同一端的。式（2-2）表明，如果元件不传输有功功率、只传输无功功率，仍然会在元件上产生有功功率的损耗。因此避免大量无功功率的流动是电力系统节能降损的一项重要措施。2） 并联电容支路的功率损耗在外加电压作用下，线路电容将产生无功功率。由于线路的对地并联支路是容性的，即在运行时发出无功功率，因此，作为无功功率损耗应取正号，而应取负号。的计算公式如下：， （2-3）线路首端的输入功率为： 末端的输出功率为： 线路末端输出有功功率首端输入有功功率之比称为线路输电效率。 （2-4） 以上公式中单位如下：阻抗为 ，导纳为S，电压为kV，功率为MVA

12、。2.线路的电压降落 设网络元件的一相等值电路如图2-2所示，其中R和X分别为一相的电阻和等值电抗，U和I表示相电压和相电流。 图2-2 网络元件的等值电路1） 电压降落的概念与相量图网络元件的电压降落是指元件首末端两点电压的相量差，由等值电路可知： （2-5）以参考轴，己知和，可作出如图2-3(a)所示的相量图。 图2-3 电压降落相量图 图中就是电压降落相量。把电压降落相量分解为与电压相量同方向和相垂直的两个分量及，这两个分量的绝对值分别记为和，即及，电压降落可以表示为： （2-6） 和分别称为电压降落的纵分量和横分量，由相量图可知 （2-7） 在电力系统分折中，习惯用功率进行运算。与电压

13、和电流相对应的一相功率为： 用功率代替电流，可将式（2-7）改写为 （2-8） 必须注意，与功率损耗计算时一样，公式（2-8）中的功率和电压也必须取同一端的。 则元件首端的相电压为 （2-9） （2-10） （2-11） 式中为元件首末端电压相量的相位差。 同样，若以作参考轴，并且己知电流和时，也可以把电压降落相量分解为与同方向和垂直的两个分量，如图2-3(b)所示。 （2-12）如果再用一相功率表示电流 于是 （2-13）而元件末端的相电压为 （2-14） （2-15） （2-16）从上述推导可以看出，电压降落相量既可以按照作参考轴分解，也可以按照作参考轴分解，如图2-4所示。值得注意的是，

14、这两种分解的纵分量和横分量分别都不相等，即，。 图2-4电压降落相量的两种分解2） 电压降落与功率传输的关系 电压降落的公式揭示了交流电力系统功率传输的基本规律。从公式（2-8）和（2-13）看出，元件两端的电压幅值差主要由电压降落的纵分量决定，电压的相角差则由横分量确定。在高压输电线的参数中，由于电抗比电阻大得多，若忽略电阻，便得，。这说明在纯电抗元件中，电压降落的纵分量是因传送无功功率而产生，电压降落的横分量则因传送有功功率产生。也就是说，元件两端存在电压幅值差是传送无功功率的条件，存在电压相角差则是传送有功功率的条件。感性无功功率总是从电压幅值较高的一端流向电压幅值较低的一端，有功功率则

15、从电压相位超前的一端流向电压相位滞后的一端。实际的网络元件都存在电阻，电流有功分量流过电阻将会增加电压降落纵分量，电流的无功分量流过电阻则将使电压降落横分量有所减少。3） 电压损耗和电压偏移在讨论电网的电压水平和电能质量时，电压损耗和电压偏移是两个常用的概念。电压损耗、电压偏移与电压降落这三个概念不能混淆，电压损耗和电压偏移的定义为元件两端间电压幅值的绝对值之差，也用表示。电压损耗的概念可以用图2-5表示。 图2-5电压损耗由图2-5可知 当两点电压之间的相角差比较小时，与的长度相差不大，电压损耗近似等于电压降落的纵分量。电压损耗还常用该元件额定电压的百分数表示。由于传送功率时在网络元件中要产

16、生电压损耗。同一电压等级的电网中各节点的电压是不相等的。在工程实际中，常需计算某负荷点到电源点的总电压损耗，总电压损耗等于从电源点到该负荷点所经各串联元件电压损耗的代数和。电力网实际电压幅值的高低对用户用电设备的工作是有密切影响的，而电压相位则对用户没有什么影响。用电设备都按工作在额定电压附近进行设计和制造，为了衡量电压质量，必须知道节点的电压偏移。电压偏移是指网络中某节点的实际电压同该节点的额定电压之差，也可以用额定电压的百分数表示。 电压偏移() （2-17）电压偏移是电能质量的一个重要指标，国家标准规定了不同电压等级的允许电压偏移。2.2 变压器的功率损耗和电压降落变压器的等值电路如图2

17、-6所示。 图2-6 变压器的等值电路与线路的容性不同，变压器的对地并联支路是感性的，即运行时消耗无功功率。并联支路损耗主要是变压器的励磁功率，由等值电路中励磁支路的导纳确定。 由于正常运行时电压与额定电压相差不大，因此实际计算中可近似采用额定电压计算，即变压器的励磁损耗可以近似用恒定的空载损耗代替，即 （2-18）式中，为变压器的空载损耗，单位为kW；为空载电流的百分数；为变压器的额定容量，单位为kVA。2.3 开式网络的潮流计算1. 运算负荷开式网络的潮流计算就是根据给定的网络接线和其它已知条件，计算网络中的功率分布、功率损耗和未知的节点电压。在进行潮流计算前一般先要对网络的等值电路作化简

18、处理。以图2-7（a）的开式网络为例介绍运算负荷的概念和化简方法。图中电源点1通过线路向负荷节点2、3和4供电。由于电力系统正常运行在额定电压附近，因此可以将线路等值电路中的对地支路分别用额定电压下的充电功率代替。化简后的等值电路分别见图2-7（b）。 图2-7 开式网络和运算负荷化简的具体做法是对每段线路首末端的节点都分别加上该段线路充电功率的一半，并将其与相应节点的负荷功率合并，得到 、和习惯上称为电力网的运算负荷。此时，原网络已经化简为由三个集中的阻抗元件相串联、四个节点接有集中负荷的等值网络。2. 开式网潮流计算1） 已知末端电压在图2-7(b)中，已知末端节点4的电压，可以从节点4开

19、始，利用前面介绍的单一元件功率损耗和电压降落的计算方法，采用节点4的电压和功率计算线路支路3-4的电压损耗和功率损耗，从而得到节点3的电压以及线路2-3末端的功率，计算时需注意还要加上节点3的运算负荷；然后按同样方法依次计算支路2-3和支路1-2的电压降落和功率损耗，直到计算到首端得到节点1的电压和首端功率。在不要求特别精确时，电压计算中的电压损耗可近似采用电压降落的纵分量代替。2） 已知首端电压第一步，从末端节点4开始向电源点1方向计算功率分布。因为各负荷节点的实际电压未知，而正常稳态运行实际电压总在额定电压附近，因此第一次迭代时各节点电压的初值均采用额定电压代替实际电压，从末端到首端依次算

20、出各段线路阻抗中的功率损耗和功率分布。对于支路3-4对于支路2-3 第二步，从电源点1开始向末端负荷点4方向计算节点电压，计算中必须利用第一步求得的功率分布以及已知的首端电压顺着功率传送方向，依次计算各段支路的电压降落，并求出各节点电压。节点2的计算公式如下： 电压损耗计算也可以忽略电压降落的横分量。 最后按照相同方法依次计算节点3、4的电压。2.4 闭式网络的潮流计算两端供电网络具有两个供电电源点，如图2-8所示，a、b为两电源点。 图2-8 两端供电网络若电源电压，且负荷点电流为和，根据基尔霍夫电压定律和电流定律，可写出下列方程 (2-19)由此可解出 (2-20)在电力网的实际计算中，负

21、荷点的已知量一般是功率，而不是电流。为了求取网络中的功率分布，可以先采用近似的算法，忽略网络中的功率损耗，都用额定电压来计算功率，令，有，对式（2-20）的各量取共轭值，然后全式乘以，就得到 (2-21)求出供电点输出的功率和之后，就可在线路上各点按线路功率和负荷功率相平衡的条件，求出整个电力网中的功率分布。例如，根据节点1的功率平衡可得： 在电力网中功率由两个方向流入的节点称为功率分点，并用符号标出，例如图2-9（a）中的节点2。有时有功功率和无功功率分点可能出现在不同节点，通常就用和 分别表示有功功率和无功功率分点。 图2-9 两端供电网络的功率分布在不计功率损耗求出电力网络功率分布之后，

22、可想象在功率分点（节点2）将网络解开，此时形成两个开式网，见图2-9(b)。将功率分点处的负荷也分成和两部分（满足），分别挂在两个开式网的终端。然后按照上节方法分别计算两个开式网的功率损耗和功率分布。在计算功率损耗时，网络中各点的未知电压可先用额定电压代替。当有功功率分点和无功功率分点不一致时，常选电压较低的分点将网络解开。在110kV及以上电网中，一般是无功分点电压最低，故应在无功分点将环网解开。在具有分支线的闭式电力网中，功率分点只是干线的电压最低点，不一定是整个电力网的电压最低点。对于接有n个负荷的两端供电网络，可以进一步推广得到 (2-22)式中， 为整条线路的总阻抗；和分别为第i个负

23、荷点到供电点a和b的总阻抗。由于循环功率与负荷无关，所以有，可以由此检验计算结果是否正确。网络各段线路的电抗和电阻的比值都相等的网络称为均一电力网，而电力系统设计往往采用均一网络。在两端供电的均一电力网中，若供电点的电压也相等，则公式（2-22）便简化为 (2-23)由此可见在均一电力网中有功功率和无功功率的分布彼此无关，而且可以只利用各线段的电阻（或电抗）分别计算。对于各段单位长度的阻抗值都相等的均一网络，公式（2-22）便可以简化为 (2-24)式中，为单位长度的阻抗；为整条线路的总长度；和分别为从第i个负荷点到供电点a和b的长度。公式（2-24）表明，在这种均一电力网中，有功功率和无功功

24、率分布只由线段的长度来决定，计算得到了极大的简化。3 UPFC基本原理和作用3.1 UPFC的功能结构图3-1为UPFC的工作原理图。UPFC 主要由并联换流器和串联换流器构成，两者通过共用的直流电容连接成背靠背的形式。这种结构能实现两个换流器之间有功功率的双向流动，同时每个换流器都可以向交流系统发出或从交流系统吸收无功功率。 图3-1 UPFC原理图串联侧换流器VSC2通过串联变压器向电网注入幅值和相位可控的电压，是实现UPFC潮流控制功能的主要部分。其注入的电压可等效为一基频同步电压源。传输线的电流流经这个电压源会导致串联换流器与电网之间的有功、无功功率交换，其中，无功功率可由串联换流器产

25、生，而有功功率则转变为对直流侧的有功功率需求。并联侧换流器VSC1的基本功能是提供串联换流器的有功功率需求，维持直流电容电压稳定;同时，还能够产生或吸收无功功率，为节点提供独立的并联无功补偿及动态电压支撑。由上述工作原理可以看出，在一个系统中安装适当数量的UPFC 装置，在优化系统运行、提高系统稳定极限、增加系统稳定裕度等方面，会产生积极影响。3.2 UPFC系统的控制功能在柔性交流输电系统中，几乎所有FACTS 装置都只能调节影响电力输送功率的三个参数中的一个，但UPFC 可以同时调节三个参数，即可以同时补偿线路参数、调节节点电压幅值和节点电压相位。还能实现并联补偿、串联补偿等功能。UPFC

26、调节其并联部分和串联部分的输出控制电网的参数，基本功能如图3-2（a）电压调节功能 （b）相角调节功能 （c）阻抗与补偿功能 （d）自动潮流调节功能 图3-2 UPFC主要控制功能矢量图3.3 UPFC潮流控制原理对于图3-1所示的简单系统，以UPFC并联侧接入点母线电压为参考，即 (电压幅值以标幺值表示，下同),线路末端电压为。线路电抗为，忽略UPFC 接入线路的电阻。在UPFC接入系统的情况下，可得到UPFC所在线路有功功率和无功功率，分别为 (3-1) （3-2）假定根据式( 1) 和式( 2) ，不断改变串联注入电压的幅值和相位，UPFC接入后线路L 首端的功率特性如图3-3所示，横、

27、纵坐标分别表示线路首端的有功功率和无功功率，UPFC串联注入电压大小由内到外依次为从0.01 0.1p.u.，串联电压相位0 se 360°。 图3-3 线路L首端功率特性从图3-3可以看出，一个只对应唯一的一个线路功率运行点，给定UPFC串联侧的输出电压，则可以唯一确定线路潮流。因此，UPFC串联侧的电压控制是实现线路潮流控制的可行途径。3.4 UPFC潮流控制模型UPFC潮流控制模型是连接电力系统稳态控制策略与UPFC装置控制的核心环节。即在确定系统潮流控制目标的情况下，基于这一模型可以进行系统潮流计算，进而计算UPFC串联侧电压、并联侧电流等控制量的输出，为UPFC的装置控制提

28、供参考量。按照UPFC的原理分析，UPFC的静态特性可通过一个并联电流源与一个串联电压源的组合来模拟，但这种模型在给定UPFC 控制目标时，计算较为复杂，收敛困难。这里采用计算更为简便、实用的附加节点UPFC潮流计算模型，如图3-4所示。由于UPFC可控制所在线路的有功功率、无功功率以及接入点母线电压，因此，该模型将UPFC串联侧出口等效为PQ节点，将并联侧接入点等效为PV节点。 图3-4 UPFC潮流计算模型显然，在忽略有功损耗的情况下，等效PQ节点注入的有功功率P为UPFC所在线路的有功功率控制目标值，等效PV节点注入的有功功率与之相反; Q为UPFC所在线路的无功控制目标值;V为UPFC

29、并联母线电压控制目标值。由以上分析可以看出，采用UPFC的功率注入模型避免了在计算中修改雅可比矩阵，大大简化了潮流计算过程。如图3-5所示，通过潮流计算，可以得到节点1的电压相位，无功，节点2的电压，、已知，对UPFC装置的有关参数进行计算。考虑串联变压器等值电抗，引入虚拟节点u以简化计算。 如图3-5 UPFC简化等效电路线路电流为 (3-3) 节点u电压为 (3-4)串联电压为 (3-5)串联侧视在功率为 (3-6)并联侧电流为 (3-7)并联侧视在功率为 (3-8)3.5 UPFC的数学模型 1)UPFC的稳态数学模型UPFC在对称运行状态下，换流器用正弦脉宽调幅(SPWM)，UPFC

30、的模型如下所述。SPWM控制量为调制比与正弦控制波形的相位。如图（3-2），以变压器为界将UPFC分为交流系统侧与换流器侧。在换流器侧，两个换流器的输出电压为： (3-9)直流电容上贮存的电场能量的变化率与换流器的有功功率之间有如下关系。 ) (3-10)综上所述，并将式子的实部与虚部分开，可得如下式子： (3-11) (3-12) (3-13)x 表实部，y 表是虚部，式(3-11)-(3-13)共同构成了标么制下的UPFC 动态模型。稳态运行下UPFC为无源元件，应保持电容电压为常数即2) UPFC的动态数学模型由KVL可得如下方程：对于并联侧: (3-14)对于串联侧: (3-15)对于

31、UPFC的直流侧: (3-16)经过派克变换可得: (3-17) (3-18)3.6 UPFC的控制策略UPFC有四个控制功能，分别是串联侧控制线路的有功和无功功率，并联侧控制接入点电压及直流电容电压。(l)串联侧控制 控制电流的幅值、相位，控制线路有功无功功率，电流又可以通过串联侧逆变器输出电压控制，两种控制方式：人工电压注入和潮流控制。(2)并联侧控制 并联侧主要功能是控制接入点电压及保持直流电容电压恒定。(3)直流侧控制 将基准电压与实际电压误差信号经PI调节器得应补偿的有功电流Id。4 UPFC在Matlab中的仿真分析4.1 UPFC的模块设计将UPFC的设计分为测量模块，控制模块(

32、功能控制模块、串联侧控制模块、并联侧控制模块)，输出计算模块(串联侧、并联侧输出模块，直流电容电压的计算模块)，系统接入模块等四大模块。下面将分别设计这四大模块。(1)测量模块的设计UPFC的测量模块，主要目的是测量UPFC接入点的电压、电流，并将其转换为UPFC控制模块所需的控制信号。(2)控制模块的设计UPFC有四个控制功能，分别是线路有功和无功功率的控制、并联侧变流器接入点电压控制及直流电容电压保持恒定的控制。根据UPFC的以上控制目标，控制结构可分成换流器控制(串联侧控制、并联侧控制)与主要功能控制两部分。 (3)输出计算模块的设计UPFC计算模块包括UPFC串并联侧输出电压计算模块和

33、直流电压计算模块。UPFC串联侧输出电压计算模块，等效输出电压；UPFC并联侧输出电压计算模块：原理同上述串联侧输出电压计算模块。UPFC直流电压计算模块：UPFC的功率变换部分由两个变换器通过共用的直流母线连接成背靠背的形式，共用一组直流母线电容，其中一个重要特性就是从并联侧流入的有功功率等于流入串联侧的有功功率。(4)接入模块的设计UPFC的系统接入模块最终是以受控电流源的形式接入系统中。串联侧的接入模型：实现的功能是根据UPFC接入点的电压，串联侧输出交流电压以及串联侧的等值到线路上的阻抗，计算出流过线路的电流，最终等效为在线路中串入受控电流源；并联侧的接入模型：实现功能是：利用系统侧电

34、压、并联侧输出交流电压、并联侧等值阻抗，计算电流，最终等效为在线路中串入受控电流源。将上述设计的四大模块测量模块、控制模块、计算模块、接入模块封装得到UPFC的总体设计，如图4-1所示。 图4-1 UPFC的总体设计图4.2 UPFC在电网中的应用分析电网利用环网结构，包括两个发电厂(power plant#1,powerplant#2), 5 条母线(B1-B5)，三条输电线路(L1,L2,L3)和两组500kV/230kV 变压器组(Tr1, Tr2)。接在230kV 输电线路上，总共发出1500MW 的两个发电厂，将功率传输给接在母线B5 上短路容量15000MVA 等值系统和接在母线B

35、3 的200MW 负载，UPFC 装在输电线L2 末端，控制母线B3 的有功和无功功率，如图4-2所示。 图4-2 装有UPFC的电力系统电路图4.3 UPFC调试及结果分析1.在建立了UPFC 的仿真模型之后，首先探讨UPFC对电力系统的影响。1）双击仿真模型中的UPFC元件，将Bypass Breaker转成Closed模式，此时UPFC未投入线路，进行仿真运行，得到一组该电力系统在无UPFC时，B1-B5五条母线的有功、无功和电压，并记录。2）然后将UPFC元件的Bypass Breaker转变为Open模式，此时UPFC已投入电力系统，再次进行仿真运行，记录加入UPFC后B1-B5各参

36、数的变化，得到如图4-3所示的潮流走向图，图中红色为原始数据，蓝色为加入UPFC后的各项数据。 图4-3系统潮流走向图由上图可知，2号发电厂所产生的电力有899MW通过800兆伏安变压器组，101MW流向形支路。因此，变压器TR2超载了约99MVA。本例子说明统一潮流控制器如何可以解除这种情况。 UPFC位于线L2的右端是用来控制在500千伏母线B3的有功和无功功率，以及在B_UPFC总线电压。为了更清楚直观的表现UPFC对电力系统的影响，下面，我们以表格的形式表示加入UPFC前后有功、无功和电压各自的变化。无UPFC有UPFCP(MW)Q(Mvar)U(kV)P(MW)Q(Mvar)U(kV

37、)B195-160.997197-300.997B2599-640.999690-941.002B3587-260.999687-271.001B4899270.993796160.994B51279-1050,9981277-890.999 表4-1加入UPFC前后系统参数由表5-1可知，加入UPFC后电压有所增加，电压质量提高，B1到B3的有功、无功也都提高了，有效地提高了电力系统的稳定性。2.现在，对UPFC在电力系统中的潮流调节特性进行分析。将UPFC元件的Bypass Breaker转成External control模式，此时UPFC由外部控制触发，串联转换器额定模式为Power

38、flow control(潮流控制)。考虑实际运行情况中的偶然因素，3台变压器中只有2台是可运行的，未装设UPFC时，装机容量为1200MW的电厂(power plant#2)将大部分电能经由母线B4, B5之间的变压器组Tr2(两台400MVA 变压器)传输给短路容量15000MVA的等值系统，此时Tr2过载(超过容量99MVA)。为验证UPFC在维持UPFC接入点电压幅值恒定的情况下控制线路潮流的能力，使变压器组Tr2不过载，做了如下仿真，设基准值仿真时间设为20s，电容电压设为40kV，在5s时将UPFC投入运行。1）UPFC控制的线路传输有功功率和无功功率起始值为5.87pu 和-0.

39、27pu，10s时有功功率变为6.87pu，无功功率保持不变。首先来讨论加入UPFC后对母线B3处有功，无功及电压的影响。 图4-4线路有功功率、无功功率、电压与参考值的变化波形图由上图可知，在t =5秒时，接入UPFC，有功功率无明显变化，无功功率从-0.26pu降到-0.27pu。在t =10秒时，有功功率以1pu/s的速率增加，1秒增加至687兆瓦，这样的结果对应有功功率流经TR2。然后再来看各个母线电压、有功、无功随时间变化情况图4-5 系统各母线电压、有功功率和无功功率B1B2B3B4B5有功/MW1976906877961277电压/pu0.99671.0021.0010.9942

40、0.9989表4-2 各个母线功率与电压稳态值由图4-5和表4-2可知，在加入UPFC后，Tr2经过UPFC的调整使其负载下降为796MVA，此时Tr2没有过载，同时母线B4的电压也上升到了0.9942pu，UPFC在线路中起到了调压的作用。下面改变UPFC控制线路的有功功率和无功功率的初始值和最终值，探讨其对各母线电压与功率的影响。2）有功功率初始值设为5pu，10s后变为6pu，无功功率初始值设为-0.27pu，且始终保持不变。图4-6 系统各母线电压、有功功率和无功功率B1B2B3B4B5有功/MW1086026008851279电压/pu0.99660.99960.99980.99280.9979表4-3 各个母线功率与电压稳态值3）有功功率初始值设为5pu，10s后变为6pu，无功功率初始值设为-0.27pu，6s后为-0.2pu。图4-7 系统各母线电压、有功功率和无功功率B1B2B3B4B5有功/MW1096026008851279电压/pu0.99630.99891.0010.99290.9983表4-4 各个母线功率与电压稳态值4）有功功率初始值设为5pu，10s后变为7pu，无功功率初始值设为-0.22pu，且始终保持不变。图4-8 系统各母线电压、有功功率和无功功率B1B2B3B4B