【正文】 雖然 u12d 對 P2 的影響較小，但是如果想更精確地控制有功潮流，則在控制系統(tǒng)中 u12d 不能忽略。 UPFC系統(tǒng)功率、電壓平衡分析 無 UPFC微電網(wǎng)的潮流分析 當(dāng)微電網(wǎng)中未架設(shè) UPFC 時(shí)，假設(shè) 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中沒有故障均工作在正常模式下 ，此時(shí)的 電力網(wǎng)絡(luò) 可以簡化為 雙端電源 系統(tǒng)模型。 (3)線路阻抗補(bǔ)償功能 感性負(fù)載電流流 經(jīng) 線路電抗時(shí)會(huì)使負(fù)載端 口 電壓 UL 下降， 當(dāng) 遠(yuǎn)距離 輸電時(shí)， 線路上 具有 很大 的電抗值 XL， 這就 使得輸電線輸送功率極限能力下降， 嚴(yán)重破壞 電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。顯然 UPFC 的直流母線上 只有有功功率流過，而 不會(huì)流過無功功率潮流。 當(dāng)線路上的 電流 通過 這個(gè)電壓源 就會(huì)與電力網(wǎng)絡(luò)之間產(chǎn)生有功和無功功率的交換，達(dá)到控制潮流的目的 。 由于 只有交換所需的無功功率能夠由該電壓源本身產(chǎn)生 ， 而其自身不能提供有功功率， 因此 這些有功功率 必須 由其他的部分 來提供 或者 吸收， 在本系統(tǒng)中這個(gè)工作是由 UPFC的接入端母線來完成的 。 由以上分析可知在發(fā)電機(jī)和負(fù)荷參數(shù)不變的情況下， B B3 兩處的潮流不會(huì)發(fā)生變 化，只能通過調(diào)整發(fā)電機(jī)或負(fù)荷參數(shù)的情況下才能改變潮流。 微電網(wǎng)仿真模型的建立 由于本文主要研究 UPFC 在微電網(wǎng)中的潮流控制作用，因此只建立了簡單的微電網(wǎng)模型，大電網(wǎng)用發(fā)電機(jī)代替，分布式電源也用發(fā)電機(jī)代替，構(gòu)建的微點(diǎn)網(wǎng)仿真模型如圖 27 所示。 該發(fā)電機(jī) 與恒速風(fēng)力機(jī)不同 之處在于該發(fā)電機(jī) 的槳距角控制是 能夠?qū)崟r(shí)跟蹤 風(fēng)速的變化 來控制槳距角 ，捕捉最大風(fēng)速， 從而 提高風(fēng)能利用效率。 熱 熱 熱 I G熱 熱 熱 熱 熱熱 熱 熱 熱 熱熱 熱 熱熱 熱 熱 熱 圖 23 恒速鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)組 該機(jī)組 獨(dú)特的 優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、魯棒 性好、控制方便、無需進(jìn)行維護(hù)、燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 12 投資少 。 下面分別 介紹 目前廣泛使用的 3種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其控制方式、特點(diǎn)。 因此光伏電池的輸出電流 可以表示 為 I=IphIdIsh，應(yīng)用 基爾霍夫 電流定律， 可以推導(dǎo)出負(fù)載電流 ， 該電流 與其端口電壓 U二者關(guān)系式為 ： RUA K TUqIII shococosph ??????? ????????? 1e xp (22) seoc IRUU ?? (23) ? ?)25(100 ??? TKIGIiS C Rph (24) ?????? ?????? ???????? TTBKqETrTII rGOoros 11e xp3 (25) 式中 I為光伏電池 的 輸出電流； U為 輸出端口 電壓； Uoc為光伏電池開路電壓；Ios為光伏電池反向飽和電流； T為光伏電池的熱力學(xué)溫度 (oC)； q為電荷常量(1019C)； G為太陽輻 射系數(shù)； ISCR為在 25 oC和 1000瓦每平方米時(shí)的短路電流； Tr=； Ior為在 Tr=； Ki為短路電流溫度效應(yīng)系數(shù)，一般取 ； A， B為 PN結(jié) 的理想因數(shù)； K為波茲曼常數(shù) (l023J／ K)。 光伏電源 第 2 章 微電網(wǎng)的仿真建模 9 光伏電池的基本原理 光伏電源是利用光伏電池組將可再生的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，其原理是 當(dāng)半導(dǎo)體 表面受到 太陽 光照射 時(shí) ，其內(nèi)部的 P 區(qū)和 N 區(qū)中的價(jià)電子受到光子的沖擊， 當(dāng) 束縛價(jià)電子的能量 小于 光能 時(shí) ， 則 價(jià)電子 將會(huì) 脫離共價(jià)鍵的 束縛 ，從價(jià)帶狀態(tài)激發(fā)到導(dǎo)帶狀態(tài)，最終導(dǎo)致半導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)非平衡狀態(tài)的電子空穴對， PN 結(jié)對載流子進(jìn)行牽引，對外形成與 PN 結(jié)勢壘電場方向相反的光生電場， 當(dāng) 該半導(dǎo)體 與外部電路接通時(shí) ，就會(huì)有電能輸出 [23]。并與沒有 UPFC 的系統(tǒng)模型的仿真結(jié)果相比較，驗(yàn)證 UPFC 控制潮流的可行性。 (1)微電網(wǎng)建模。矩陣變換器是一種直接 ACAC變換器 (輸出頻率可調(diào) )，將其用于統(tǒng)一潮流控制器是矩陣變換器的一種應(yīng)用嘗試。拓?fù)浣７?主要根據(jù) 系統(tǒng) 在不同運(yùn)行狀態(tài)下，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 研究 寫出方程 組 ，按整個(gè) 系統(tǒng) 具有 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的種類 以及 各個(gè) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移順序 對方程組求解 ，從而 得到系統(tǒng) 的解析方程。 UPFC 的研究現(xiàn)狀 文獻(xiàn) [1121]講述了 UPFC 的工作原理、功能與控制方法， UPFC 可以對有功、無功和電壓分別進(jìn)行控制，對于優(yōu)化電力系統(tǒng)的運(yùn)行、提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定、阻尼 系統(tǒng)的振蕩具有顯著的作用 [11]，其分內(nèi)部控制和外部控制兩個(gè)部分對統(tǒng)一潮流控制器 (UPFC)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì) [12]；基于功率注入法 ,本文將UPFC 的優(yōu)化控制問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)優(yōu)化問題來求解 [13]； UPFC 的控制性能受到 2 個(gè)因素的影響：一個(gè)是其對控制運(yùn)行點(diǎn)變化的魯棒性，另一個(gè)是不同控制之間的交互影響 [14]；對 UPFC 的參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究 [15]；文獻(xiàn) [16]介紹了非線性原一對偶路徑跟蹤內(nèi)點(diǎn)算法進(jìn)行電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計(jì)算；文獻(xiàn) [17]研究了 UPFC 控制策略；文獻(xiàn) [18]介紹了 UPFC 安裝位置的選擇；文獻(xiàn) [19]介紹了一種新型的 UPFC：兩側(cè)分別有獨(dú)自的直流側(cè)并且兩側(cè)沒有功率的交換等第 1 章 緒論 5 等；文獻(xiàn) [2021]介紹了 UPFC 在分布式電源以及微電網(wǎng)中的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。 微網(wǎng)中的分布式 發(fā)電中應(yīng)用了較多的 電力電子 技術(shù) 接口，這種接口 性能使 分布式電源 控制 的 靈活性 得到了大大的提高 ，同時(shí) 對 微 電網(wǎng) 缺少慣性、響應(yīng)速度 較慢等問題有較好的改善 。而在含有柔性交流輸電系統(tǒng) (FACTS)元件的系統(tǒng)中，只需改變FACTS元件的運(yùn)行參數(shù)就可改變系統(tǒng)的潮流分布。 隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)的快速發(fā)展，微電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。 雖然 DG 具有 以上 優(yōu)點(diǎn)， 但是還是存在一些問題 ： (1)DG 的響應(yīng)時(shí)間 較慢 。 這是由于 分布式發(fā)電的電源為光伏 電源 、燃料電池、 風(fēng)力發(fā)電 等可再生能源， 具有很高的環(huán)保效益，同時(shí)具有很高的經(jīng)濟(jì)性 。 20 世紀(jì)中期，高壓 交流 遠(yuǎn)距離輸電技術(shù) 越來越成熟 ，電力電子技術(shù) 也有較大的發(fā)展 ， 從而 使直流輸電技術(shù) 也得到了很大的發(fā)展 ，高壓 以及 超高壓 的 直流輸電 技術(shù)也得到了迅速發(fā)展 ， 與 交流輸電 系統(tǒng)相配合 組成 了 交直流混合系統(tǒng)， 使 各個(gè)電網(wǎng)之間形成 高級 電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行 模式 。 本文搭建了基于 UPFC的微電網(wǎng)潮流控制的仿真模型，仿真結(jié)果證明了UPFC方便有效地對微電網(wǎng)進(jìn)行潮流控制。 參 考 資 料 1．夏 道止等，電力系統(tǒng)分析， 20xx 年 12 月 2．謝小榮等，柔性交流輸電系統(tǒng)的原理與應(yīng)用 3． 相關(guān)科技論文 周 次 1—4 周 5—8 周 9—12 周 13—16 周 17—18 周 應(yīng) 完 成 的 內(nèi) 容 查閱資料，掌握 UPFC 的基本原理。 題目類型 ( √ ) ( ) 題目來源 科研課題 ( ) 生產(chǎn)實(shí)際 ( )自選題目 ( √ ) 主 要 內(nèi) 容 設(shè)計(jì)內(nèi)容：微電網(wǎng)的建模；建立由 包括燃料電池發(fā)電等，微電源及儲(chǔ)能系統(tǒng) 構(gòu)成的微電網(wǎng)仿真模型；含微電網(wǎng)的潮流計(jì)算。 本文按照微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，搭建了微電網(wǎng)仿真模型，用 Matlab 仿真并通過仿真結(jié)果驗(yàn)證了未架設(shè) UPFC 的微電網(wǎng)只能通過改變電源或負(fù)荷的參數(shù)來控制潮流。 Control system。 由于 分布式發(fā)電距離負(fù)荷較勁 ， 因此可以將 電能和熱能 用于其他地方 來提高 能源 的利用率。分布式發(fā)電設(shè)備 能夠孤島 運(yùn)行， 能夠有效地對農(nóng)村、旅 游區(qū)供電 ， 有效地 緩解 邊遠(yuǎn)地區(qū) 的供電 壓力 。 DG 獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，要調(diào)節(jié)各個(gè) DG 發(fā)出的功率，使 儲(chǔ)能 系統(tǒng) 的 能量保持不變 ， 從而達(dá)到 負(fù)荷的 需求量 。正常工作 情況 下微電網(wǎng)與公共系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者電能質(zhì)量 不能滿足需要時(shí) ，微電網(wǎng)可以通過隔離裝置與外部電網(wǎng) 斷開 而 獨(dú)立 運(yùn)行。各種儲(chǔ)能方法都不能完全兼顧安全性、高比功率、高比能量、長使用壽命、技術(shù)成熟以及工作作溫度范圍寬等多方面的要求。文獻(xiàn) [78]講述了國外對微電網(wǎng)研究， 文獻(xiàn) [7]介紹了微電 網(wǎng)通過兩個(gè) VSC 與大電網(wǎng)相連接的方式，用兩個(gè) VSC 進(jìn)行線路上的潮流控制；文獻(xiàn) [8]講述了分布式電源在電網(wǎng)中的作用，并且介紹了分布式電源中引入 UPFC 的工作情況。暫態(tài)模型 用來研究 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與 運(yùn)行行為 ；穩(wěn)態(tài)模型 主要研究 FACTS系統(tǒng)的輸入輸出特性， 主要用于研究電力系統(tǒng)的 行為以及 電網(wǎng)中的 潮流控制。根據(jù) 設(shè)計(jì) 控制 系統(tǒng)時(shí) 對系統(tǒng)信息提取和綜合過程 的 不同， FACTS裝置的控制策略可分為 3種：基于系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的控制方式、基于系統(tǒng)外部燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 6 結(jié)構(gòu)的控制方式、綜合智能控制方式。本文采用了UPFC 控制微電網(wǎng)的潮流，只需要改變運(yùn)行參數(shù)即可改變潮流分布。根據(jù) UPFC 在微電網(wǎng)中的潮流控制作用，建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并聯(lián)側(cè)和串聯(lián)側(cè)分別利用了雙環(huán)解耦控制和交叉耦合控制，建立了控制系統(tǒng)的模型。 分布式 電源主要包括可再生能源和高效發(fā)電機(jī)組，可 再 生能源發(fā)電如太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電，高效發(fā)電機(jī)組如微水電機(jī)組、燃料電池發(fā)電等。其 大小與 光伏 電池的面積 成正比，也與 入射光的輻射強(qiáng)度 成線性關(guān)系 ，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 10 也會(huì)受環(huán)境溫度的微小的影響 ；光電流 經(jīng)過 負(fù)載 RSCR時(shí) 產(chǎn)生電壓 U，它 反作用于 PN結(jié)， 正向偏置于 PN結(jié)， 其結(jié)果是 產(chǎn)生暗電流 Id， Id的大小反映了 在當(dāng)前 環(huán)境溫度 下 ， PN結(jié) 根據(jù)自身 的能力 大小所 產(chǎn)生的總擴(kuò)散電流的變化情況。 目前常用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有變槳距型鼠籠式感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變速恒頻的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 位置 不變；當(dāng) 額定功率 小于電機(jī)發(fā)出的 功率時(shí)， 此時(shí)控制 系統(tǒng)根據(jù) 輸出 功率的變化適時(shí)調(diào)大槳距角，使發(fā)電機(jī)的輸出功率 維持 在額定值。 因?yàn)轱L(fēng)速不能保持恒定 ， 所以風(fēng)機(jī)機(jī)組不會(huì)一直運(yùn)行于同步狀態(tài)，此時(shí)機(jī)組既能向電網(wǎng)發(fā)出有功功率也能從電網(wǎng)吸收有功功率 風(fēng) ，能夠 實(shí)現(xiàn) 與 電網(wǎng)之間 進(jìn)行 能量 的 雙向傳輸。 熱 熱 熱 熱 熱 熱 熱熱熱熱熱熱 熱 熱 圖 25 直 驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī) 與上述兩種機(jī)型相比，該種發(fā)電機(jī)簡化了結(jié)構(gòu)， 刪去了 增速齒輪箱，無轉(zhuǎn)子繞組、無勵(lì)磁繞組、無碳刷、無滑環(huán)，轉(zhuǎn)子損耗很小，效率高。 0 . 20 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 504 0 0 08 0 001 2 0 00t / sP/W Q/VarPQ00 . 0 50 . 10 . 1 50 . 21234x 1 04t / sP/W Q/VarQP 圖 210 B1 處的有功潮流和無功潮流分布 圖 211 B3 處的有功潮流和無功潮流分布 由圖 2 211 可知 B B3 兩處的潮流都發(fā)生了變化，但是有功潮流和無功潮流之和不變與 負(fù)載一致。 并聯(lián)部分 的作用主要是提供 UPFC 的內(nèi)部損耗，保持有功功率的平衡 ，另外還可以提供一些無功功率，對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償 。 這就形成了 一種理想的 ACAC 功 RURsiU P F C 熱 熱熱 熱 熱 熱 熱 U P F C 熱 熱 熱 熱熱 熱 熱 熱 U1 2 LRRRPs h u n t Qs h u n tLs hPs y Qs yU1i1Ts e r i e sTs h u n tPs e r i e s Qs e r i e sPl i n e Ql i n eSLSis hid c 1id c 2Us hUs eis eLs eis e LU2U s 圖 32 UPFC 的系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)框圖 率變換器， 這樣不僅能使兩個(gè)變換器都能在各自的輸出端產(chǎn)生或吸收無功功率，而且這兩個(gè)變換器間能夠互相流動(dòng)有功功率 。 并聯(lián)變換器不僅能夠 補(bǔ)償 串聯(lián) 變換器所需的有功功率，還能夠 提供 或吸收 可調(diào) 的無功功率， 可以 為線路提供 不受外界影響的 獨(dú)立的并聯(lián)無功補(bǔ)償。 (2)相角調(diào)節(jié)功能 當(dāng)負(fù)載 發(fā)生變化時(shí)，可能需要更多的有功功率， 需求的有功功率增加時(shí)，此時(shí)為了滿足負(fù)載的需求，只能通過調(diào)節(jié) 發(fā)電機(jī) 的 功 率 角 δ 來改變系統(tǒng) 的 有功功率 。 (4)動(dòng)態(tài)潮流控制功能 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 20