【正文】 決 系統(tǒng)的動態(tài)干擾 的問題 。 因此許多控制系統(tǒng)中 采用控制 u12q 來控制 UPFC輸出端線路傳輸有功潮流。 在 dq 坐標系下式 (39)可以被改寫為： 1 _ 2Shunt d dc dc dcU i U i P?? (315) 從 式 (315)可以看出通過控制并聯(lián)側電流的 d 軸分量可以控制直流側電容電壓， 提高該電壓的穩(wěn)定性 。 XU?XrU?sU?IssQ rrQP 圖 34 正常狀態(tài)下未架設 UPFC 電路 微電網(wǎng)中未架設 UPFC 時 的 電路模型如 圖 34 所示 (本次計算中 只考慮線路電感，不考慮線路電阻 )。因此 很有必要對 線路阻抗 進行 補償。 UPFC的基本控制功能 由于 UPFC 的 并聯(lián)部分和串聯(lián)部分 都可以隨時改變參數(shù)來控制兩側的輸出 進而 控制 電力網(wǎng)絡中 的 各種 參數(shù)，因此具有多種功能 。 串聯(lián)變換器自身可以產(chǎn)生這個無功功率，而在交流側吸收的有功功率則轉變?yōu)橹绷髂妇€上或正或負的直流有功功率需求。 在實際 應用 中 UPFC 的主系統(tǒng) 是由兩個變換器構成的如圖 32 所示。 本章小結 本章組建了微電網(wǎng)仿真模型。 整個電網(wǎng)的仿真參數(shù)設置：線路 L1 和 L3 阻抗為 +? ， Load2有功和無功分別為 50kW和 10kVar， Load3有功和無功分別為 10kW和 5kVar，整個微電網(wǎng)的基準線電壓為 380 V，頻率為 50 Hz。相對于傳統(tǒng)的恒速風力機，其性能優(yōu)勢體現(xiàn)在： (1)只需要調節(jié) 轉子電流就可以大范圍 進行潮流控制 、 電機轉差控制 ，對系統(tǒng)進行無功調節(jié) ， 控制 系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 第 2 章 微電網(wǎng)的仿真建模 13 (2)本身就能夠進行無功的調節(jié)，不需要外界資源 ； (3)實時控制可以 追蹤最大風能， 從而使 風能利用率 得到大大的 提高 ； (4)降低輸出功率的波動和機組的機械應力； (5)功率因數(shù) 在轉子側 即能夠 控制， 這有 利于提升電能質量和并網(wǎng)的安全方便性 ； (6)該發(fā)電機的 變頻器容量僅占 約四分之一的 風力機額定容量， 相對而言 大大降低 了 變頻器的損耗及投資。 但是也存在一下主要問題 ： (1)無法控制改機組的無功功率 ， 必須采取措施 進行無功補償； (2)葉片與輪轂 二者之間是 剛性連接，風速 很不穩(wěn)定 時機械負載 會增大 ，這樣 齒輪箱 容易發(fā)生 故障，對葉片要求也較高； (3)該發(fā)電機發(fā)出的功率穩(wěn)定性較差； (4)當發(fā)電機失速時，輸出功率會有一定程度的下降，很難確保輸出功率恒定 。 鼠籠式感應風力發(fā)電機是目前我國應用比較廣泛的一種風 力發(fā)電 機，其結構圖如圖 23所示。 風力發(fā)電機 風能是一種 無污染 的 環(huán)保的 可再生能源， 隨著資源和環(huán)境問題受到越來越大的關注 ， 人們更加地重視通過風力發(fā)電機進行風能發(fā)電。該電場電壓為： )ln (2nNNqkTU i dai ? (21) 其中， da NN、 分別為電子和空穴的密度， in 為光生少數(shù)載流子密度， k 為玻爾茲曼常數(shù) ( ?? J/K)， q 為電子電荷 ( ?? C)， T 表示絕對溫度。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文 ) 8 第 2章 微電網(wǎng)的 仿真建模 微電網(wǎng)的基本結構 微電網(wǎng)是指 在 某一地區(qū) 使 用 分布式電源獨立供電， 并且分布式電源與 儲能系統(tǒng)、功率控制等單元 相聯(lián)合 ，形成區(qū)域供電 系統(tǒng) ， 產(chǎn)生 用戶 所需的 電能和熱能。微電網(wǎng)建模仿真是指在 Matlab/simulink 環(huán)境下建立微電網(wǎng)的仿真模型，它包括微電源、負載和線路等組成部分，建立簡單的微電網(wǎng)仿真模型。 UPFC變換器大多采用 PWM技術 。但是 拓撲建模 比較復雜，其 隨 著 開關數(shù)的增加 將 呈 現(xiàn) 指數(shù)級增長， 并且 形成 統(tǒng)一的 數(shù)學 模型表達式 有很大的難度 。 統(tǒng)一潮流控制器 主要 在四個方面 進行 研究： UPFC的數(shù)學模型、 UPFC的控制 系統(tǒng) 、 UPFC的 主系統(tǒng) 變換器和 UPFC的 實際 應用 [22]。 由于 微 電 網(wǎng)能 具有孤島運行和并網(wǎng)運行 兩種 運行 模式， 也使 負荷側的供電 穩(wěn)定 性 得到很大的提高 ， 但是對微電網(wǎng)的 控制也越來越難 [4]。在各種 FACTS元件中 ， 統(tǒng)一潮流控制器 (UPFC： Unified Power Flow controller)作為新一代 FACTS元件 ，在無任何附加 設備只改變運行參數(shù) 即可同時 補償 有功和無功功率 。微電網(wǎng)是由一系列分布式 電源 (Distributed Generation， DG)系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和負荷組成的電網(wǎng)，既 可 以 與配電網(wǎng)并網(wǎng)運行也可 以 獨立運行。 因為 DG 的 跟蹤性能較差 ， 如果沒有儲能系統(tǒng)的話 ， 負載突然增加后 ， DG 實際發(fā)出的功率不能達到負載所需的功率 ， 則會引起電網(wǎng)電壓的降落 。 (3)使 遠距離 輸電是 傳輸 線路上的 線損 有所降低 ， 并且有利于電網(wǎng)機構的優(yōu)化 。 但是，隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，電力系統(tǒng)中也餓出現(xiàn)了很多弊端 ，如： 投資太大 ，運行 模式復雜 ， 負載對電能的質量要求越來越高 ，以及 供電需求的多變性 等。 關鍵詞 微電網(wǎng)建模；統(tǒng)一潮流控制器；控制系統(tǒng)；潮流控制 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文 ) II Abstract With the rapid development of microgrid, the control of microgrid power flow is also increasingly important. The paper focuses on the problem of micropower flow control． According to the flow control function of unified power flow controller (UPFC), the paper adopts the power flow control method based on UPFC. According to the infrastructure of microgrid, this paper builds a simulation model of the microgrid, and adopts Matlab simulation and the simulation results demonstrate microgrid without UPFC can only be controlled by changing the parameters of the power supply or load. UPFC is the implementation of the micropower flow control. According to its system and taking advantage of the Park transformation, the paper gets the mathematical model of the UPFC parallel side, series side and line side in the d, q coordinate system. Using small signal analysis methods, and balanced analysis of the UPFC system power, voltage, it builds the decoupling control system of parallel side and sideseries crosscoupling control system. The daxis ponent of parallel side current controls the capacitor39。 微電網(wǎng)的潮流計 算 ， 分 析UPFC 在微電網(wǎng)中的潮流控制作用。 ( )； ( )； ( )。 論文撰寫 答辯 指導教師： 職稱： 20xx 年 1 月 10 日 系級教學單位審批： 年 月 日 摘要 I 摘要 隨著微電網(wǎng)的快速發(fā)展，微電網(wǎng)潮流控制也日益重要，本文針對微電網(wǎng)潮流控制這一問題進行深入研究，依據(jù)統(tǒng)一潮流控制器 (UPFC)的潮流控制功能，采用了基于 UPFC 的微電網(wǎng)潮流控制方法。 UPFC。 由于 這些微型發(fā)電設備 或儲能設備一般 跟隨負荷 ， 裝設在負荷附近，所以被 稱 為分布式發(fā)電 (Distributed Generation， DG)。 (4)為大電網(wǎng)不能供電的地區(qū)供電 。 (3)DG 與儲能系統(tǒng)的協(xié)作 控制。 微電網(wǎng)內(nèi)可以在允許范圍內(nèi)調節(jié) 母線 上的 電壓 和 線路上的 潮流 。在微網(wǎng)從并網(wǎng)模式向孤網(wǎng)模式轉換過程中，系統(tǒng)頻率和電壓出現(xiàn)大幅波動；增加儲能單元后，在微網(wǎng)模式轉換過程中，系統(tǒng)頻率和電壓波動可以得到有效抑制，且微網(wǎng)能夠很快穩(wěn)定在新的運行狀態(tài)。文獻 [6]概括 了 CERTS 微電網(wǎng)中微電源的響應時間 和 并聯(lián) 運行問題 、孤島 運行 轉換到 并網(wǎng)運行 時的平滑性 、孤島運行時 各個 微電源 輸出功率的 控制、 輸電線路的 潮流控制等問題。 從描述對象來看 ， FACTS的模型可分為暫態(tài)模型和穩(wěn)態(tài)模型。 要依據(jù)電力系統(tǒng)本身的運行特性來選擇最佳的控制策略，在保證能實現(xiàn) 其他功能 時 ，綜合基于模型的控制理論和智能控制方法，設計該運行狀態(tài)下的最佳控制 系統(tǒng) 。 本文研究的主要內(nèi) 容 對微電網(wǎng)的潮流進行控制是本文研究的核心內(nèi)容，傳統(tǒng)的方法只能通過改變負荷的大小、電源或調整電源間負荷分配關系來實現(xiàn)。 (3)UPFC 的控制系統(tǒng)的設計。微電網(wǎng)的重要組成部分是 分布式 電源和儲能系統(tǒng)。 DU+IRshIshIphIdRse Rscr 圖 22 光伏電池 等值電路 模型 圖中電流 Iph為光生電流， 不受外接負載等因素的影響， 只 與 光照強度 有關 。 若想開發(fā)利用風能，必須利用風力發(fā)電機，因此 全力研究風力發(fā)電機是全面開發(fā)利用風能的基礎和重要部分。 風機的 具體調節(jié) 控制 方式為：在運行過程中， 當 額定功率 大于電機發(fā)出的 功率時，槳距角保持在 0。 發(fā)電機 的 轉子側 要通過 兩個 VSC變頻器 后經(jīng)過變壓器與電網(wǎng)相連 ，而 定子側 與 電網(wǎng) 直接經(jīng)過變壓器相連 。目前該領域研究較多的是直驅式永磁同步發(fā)電機，該機組的結構圖如圖 25所示 。 第 2 章 微電網(wǎng)的仿真建模 15 改變 電源 參數(shù)時，將左側的 電源 電壓改為 ，仿真結果如圖 2211 所示。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文 ) 16 第 3章 統(tǒng)一潮流控制器分析 UPFC系統(tǒng)的基本原理 UPFC 工作的時候 ， 其并聯(lián)部分等效為一個電流源，串聯(lián)部分等效為一個電壓源，串聯(lián)部分通過串聯(lián)變壓器向線路中注入電壓，此電壓既能改變UPFC 輸出端電壓幅值，又 能改變其相位，這樣就能夠對線路上的潮流進行控制 。 UPFC 的功率變換部分 通過共用的直流母線 將 兩個變換器連接成背靠背的形式， 并且 共用一組直流母線電容。 并聯(lián)變換器 首先將該 直流有功功率 轉變?yōu)榻涣餍问?，然后 通過一個并聯(lián)變壓器耦合進電網(wǎng)。如圖 33(a)所示。 UPFC 對 線路阻抗 進行 補償 不僅 改善了潮流分布， 而且能夠充分利用輸電設備提高線路的 輸送能力， 有效地避免了低頻振蕩， 提高了動態(tài)、暫態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 只有保證 UPFC 整個系統(tǒng)的有功功率平衡即注入UPFC 的有功功率與系統(tǒng)消耗的有功功率平衡，才能使直流側電容電壓恒定不變 ，即 要滿足關系式 ： Shunt Series dcP P P?? (310) 將 上式 代入式 (39)計算可得 ： dcRS PPP ?? (311) 由 式 (311)可以看出 ，系統(tǒng)的電源端 不僅要滿足接受端所需的有功功率，還要補償 UPFC 功率變換部分 所損耗的有功功率 。 上式中， 1 _Shunt qUi?? 表示 UPFC 并聯(lián)變換器輸入無功功率的變化量；1 SqUi?? 表示電源 US 發(fā)送到 UPFC 輸入端無功功率的變化量；1 2 1 1 2 11 1 2 1 1 2q d d qd q q di u i uu i u i? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?表示 UPFC 串聯(lián)部分吸收無功 功率 的變第 3 章 統(tǒng)一潮流控制器 （ UPFC)分析