【導(dǎo)讀】理論研究型(√)；計(jì)算機(jī)軟件型()；綜合型()。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。1．遵守畢業(yè)設(shè)計(jì)期間的紀(jì)律，按時(shí)答疑；2．獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，培養(yǎng)基本的科研能力；文、圖紙中的文字符號(hào)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)學(xué)模型，采用小信號(hào)分析方法，以及對(duì)UPFC系統(tǒng)功率、電壓平衡的分析，軸分量控制傳輸線路上的有功潮流。控制系統(tǒng)中利用經(jīng)驗(yàn)法得到了各個(gè)PI. UPFC方便有效地對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行潮流控制。

　　

【正文】 e L q S e L q q S e qSei i i iwd i i i iwd t L ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ? (32) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 18 1 2 1 21 2 1 20 10d d S e L d S e dq q S e L q S e qSeV V i iwd V V i iwd t C ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ? (33) 1 1 21 1 20 10d d d R dq q q R qRi i V Vwd i i V Vwd t L ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ? (34) 串聯(lián)變換器 與電網(wǎng)發(fā)生功率交換 所產(chǎn)生的有功功率的變化是由 并聯(lián)變換器 提供或吸收的。 并聯(lián)變換器 首先將該 直流有功功率 轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍问?，然后 通過(guò)一個(gè)并聯(lián)變壓器耦合進(jìn)電網(wǎng)。 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(wú)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(wú)功補(bǔ)償。 雖然傳輸線路 、 并聯(lián)變換器 和 串聯(lián)變換器 之間流動(dòng)的有功功率依賴 直流母線 電容交換 ，但 串聯(lián)變換器自身就 能產(chǎn)生 潮流控制中 的無(wú)功功率 而不是通過(guò)傳輸線路所得 。因此 并聯(lián) 變換器 能夠 在功率因數(shù)為 1 的情況下 運(yùn)行 或被控與電網(wǎng)發(fā)生無(wú)功功率交換，而其所 產(chǎn)生 的無(wú)功功率與 串聯(lián) 變換器 提供到 線路 中的無(wú)功功率互相獨(dú)立。顯然 UPFC 的直流母線上 只有有功功率流過(guò)，而 不會(huì)流過(guò)無(wú)功功率潮流。 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(shí)改變參數(shù)來(lái)控制兩側(cè)的輸出 進(jìn)而 控制 電力網(wǎng)絡(luò)中 的 各種 參數(shù)，因此具有多種功能 。 .1 12UU?.1U ..1 12UU?.U? .12U..1 12UU?..1 12UU?.1U.1U.12U ..1 12UU?.12U?.12U..1 12UU?.1U ..1 12UU?.1i (a)電壓調(diào)節(jié)功能 (b)相角調(diào)節(jié)功能 (c)阻抗補(bǔ)償功能 (d)自動(dòng)潮流 控制 功能 圖 33 UPFC 主要控制功能矢量圖 (1)電壓調(diào)節(jié)功能 當(dāng) UPFC 的 輸入 端 節(jié)點(diǎn)電壓 .1U 幅值突然發(fā)生 突變時(shí) ， 通過(guò) UPFC 調(diào)節(jié)注入電壓，從而調(diào)節(jié)輸出端電壓 使之穩(wěn)定，進(jìn)而控制線路上的傳輸?shù)挠泄Τ钡?3 章 統(tǒng)一潮流控制器 （ UPFC)分析 19 流和無(wú)功潮流 。 UPFC 串聯(lián) 側(cè)的 注入電壓 12U 和輸入 端 節(jié)點(diǎn) 電壓 .1U 二者 的相位 相同 ， 通過(guò)調(diào)節(jié) 12U 的幅值 U12 來(lái)改變輸出端電壓 .2U 的幅值 U2 與 參考值一致 ， 這樣就能避免電壓突變 ， 控制線路中的潮流 ， 增加線路電壓穩(wěn)定性 。如圖 33(a)所示。 (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(guò)調(diào)節(jié) 發(fā)電機(jī) 的 功 率 角 δ 來(lái)改變系統(tǒng) 的 有功功率 。 不過(guò) 這樣會(huì) 使 發(fā)電機(jī) 的 端 口 電壓 降低 ，而且 會(huì) 增大 發(fā)電機(jī)內(nèi)部 的能量 損耗，因此采用 UPFC 調(diào)節(jié)相角工作在 相角調(diào)節(jié)模式， UPFC 通過(guò) 串聯(lián)側(cè)的注入電壓來(lái)補(bǔ)償 負(fù)載需要的有功功率， 并且不會(huì)改變 發(fā)電機(jī)的功角，從而在不必調(diào)控輸電線路兩端電壓相位的情況下，可連續(xù)調(diào)控輸電線傳輸有功功率的大小，使電力系統(tǒng)中功率流向以及大小經(jīng)濟(jì)合理。如圖 33(b)所示，控制 注入 電壓 12U 相對(duì)于 .1U 相位發(fā)生 變化，使得 UPFC 輸出 端口電 壓 .2U 在相位上發(fā)生了偏移，但是 幅值相等 ，調(diào)節(jié) σ 角就可以調(diào)節(jié)線路 的 潮流 P Q2，控制系統(tǒng) 可以確定 具體的偏移角度。 (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。因此 很有必要對(duì) 線路阻抗 進(jìn)行 補(bǔ)償。 注入 電壓 12U 和線路上的電流 .1I 成比例的變化， 所以 從線路一端看 UPFC 相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)的阻抗； 給定一個(gè) 阻抗參考值， 通常情況下 相當(dāng)于一個(gè)有極性的電阻和電容或電感組成的阻抗；當(dāng) 注入電壓 12U 與線路上的 .1I 電流 二者互相垂直時(shí)如圖 33(c)所示， UPFC 就相當(dāng)于一 個(gè)阻抗補(bǔ)償 (感性或容性 )，此操作模式用來(lái)匹配系統(tǒng)中存在的串聯(lián)容性線路補(bǔ)償。它既能 實(shí)現(xiàn) 連續(xù) 控制 、又能 升 高 或降低線路電壓 ， 并 且 當(dāng)參數(shù)適當(dāng)?shù)脑挷粫?huì)震蕩 ， 是方便先進(jìn)穩(wěn)定的控制方式 。 UPFC 對(duì) 線路阻抗 進(jìn)行 補(bǔ)償 不僅 改善了潮流分布， 而且能夠充分利用輸電設(shè)備提高線路的 輸送能力， 有效地避免了低頻振蕩， 提高了動(dòng)態(tài)、暫態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 (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 采用 UPFC 的電壓調(diào)節(jié)模式來(lái)控制線路電壓，防止發(fā)生電壓的突變，但是 實(shí)際的電力系統(tǒng) 在運(yùn)行過(guò)程中 ， 傳輸 線路上的有功和無(wú)功潮流也會(huì)發(fā)生變化， 針對(duì)此問(wèn)題系統(tǒng) 采用了 UPFC 的自動(dòng)潮流 控制模式。如圖 33(d)所示，調(diào)節(jié)注入 電壓 12U 的幅值和相位，改變 流經(jīng)傳輸 線路上的電流 .1I ， 可以 調(diào)節(jié)線路 上的有功和無(wú)功 潮流。 工作在此模式時(shí) ， 利用一個(gè)反饋環(huán)注入電壓 12U 能夠?qū)崟r(shí) 調(diào)整， 用來(lái)控制傳輸線路上的有功和無(wú)功功率與參考值保存一致，因此架設(shè) UPFC 的傳輸線路 在 電力系統(tǒng) 中相 對(duì) 其余部分表現(xiàn)出一個(gè) 可控 功率源， 這種工作模式比傳統(tǒng)的線路補(bǔ)償模式更加精確 ， 對(duì)于潮流的控制更加方便 ，而且它 還能解決 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)干擾 的問(wèn)題 。 UPFC系統(tǒng)功率、電壓平衡分析 無(wú) 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(méi)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(jiǎn)化為 雙端電源 系統(tǒng)模型。 XU?XrU?sU?IssQ rrQP 圖 34 正常狀態(tài)下未架設(shè) UPFC 電路 微電網(wǎng)中未架設(shè) UPFC 時(shí) 的 電路模型如 圖 34 所示 (本次計(jì)算中 只考慮線路電感，不考慮線路電阻 )。根據(jù)潮流計(jì)算可得： jsrr r r r UUS P jQ U X????? ? ? ???? (35) 令 ??? 0ss UU? ，代入式 (35)可得 )s in( c o s ??? jUUU rrr ?????? (36) 則 ? ?c ossi njj r r srsrr U U UUUPQ XX ?? ?? ? ? (37) 根據(jù)圖 34， 線路始端 的有功功率和無(wú)功功率值 也能按下式 計(jì)算 ： 第 3 章 統(tǒng)一潮流控制器 （ UPFC)分析 21 ? ?c osj si n j s s rrss s s U U UUUS P Q XX ?? ?? ? ? ? (38) 由計(jì)算結(jié)果可知，在不架設(shè) UPFC 的 微電網(wǎng)中 ，只有通過(guò)改變負(fù)荷的大小、電源或調(diào)整電源間負(fù)荷分配關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)改變系統(tǒng)潮流分布的方式。 UPFC 系統(tǒng)有功功率平衡分析 在 不考慮 線路電阻 時(shí) ，由圖 32可以得到整個(gè)系統(tǒng)的有功功率平衡如下： 2S S h u n t S e r ie s RP P P P P? ? ? ? (39) 這里： ..S S SP U I??為 SU 輸出的 有功功率； ..11ShuntShunt dc dcP U I U i? ? ? ?為 UPFC并聯(lián)側(cè) 吸收的有功功率； ..112 2Se rie s dc dcP U I U i? ? ? ?為 UPFC 串聯(lián)側(cè) 注入 到傳輸線路 的有功功率； ..122P U I??為 UPFC 輸出端 傳輸?shù)?有功功率； ..1RRP U I??為接受端吸收的有功功率。 只有保證 UPFC 整個(gè)系統(tǒng)的有功功率平衡即注入U(xiǎn)PFC 的有功功率與系統(tǒng)消耗的有功功率平衡，才能使直流側(cè)電容電壓恒定不變 ，即 要滿足關(guān)系式 ： Shunt Series dcP P P?? (310) 將 上式 代入式 (39)計(jì)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(bǔ)償 UPFC 功率變換部分 所損耗的有功功率 。 將 UPFC 輸出端線路上的有功功率表示為式 (312)，這樣更能直觀的分析其潮流控制的原理。 . . .. . . .1 1 212 1 1 22 jRRU U UP U I U UX?????? ??? ? ? ? ????? ?? (312) 由 式 (312)化簡(jiǎn) 可 得 式 (313)： ...1 1 22 . j RRUP U UX??????????????? (313) 將 abc 三相坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)派克變換轉(zhuǎn)換為 兩相旋轉(zhuǎn) d、 q 坐標(biāo)系， 規(guī)定 其 d 軸方向?yàn)?U1 的方向，則根據(jù)瞬時(shí)功率理論，可以得到： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 22 ? ?1 12 122 d Rq q RdRRU u u uuP XX??? (314) 通常情況下 .1U 和 .RU 的相 差不大， uRduRq， 所以 P2 受 u12q 很大的影響，而u12d 對(duì) 其 影響 就顯得很小 。 因此許多控制系統(tǒng)中 采用控制 u12q 來(lái)控制 UPFC輸出端線路傳輸有功潮流。 雖然 u12d 對(duì) 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。 在 dq 坐標(biāo)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(guò)控制并聯(lián)側(cè)電流的 d 軸分量可以控制直流側(cè)電容電壓， 提高該電壓的穩(wěn)定性 。 UPFC 系統(tǒng)無(wú)功功率平衡分析 根據(jù)圖 32 可知 整個(gè) 系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡如下： 2S X R S h u n t S erie sQ Q Q Q Q? ? ? ? (316) 這里， ..SSSQ U I??代表發(fā)送端電源 SU 所發(fā)出的無(wú)功功率； 2SSXR IXQ ?? 代表 電 源 輸出端線路阻抗吸收的無(wú)功功率； ..1 ShuntShuntQ U I?? 代表 UPFC 并聯(lián)變換器吸收的無(wú)功功率； ..112SeriesQ U I??代表 UPFC 串聯(lián)變換器注入 電網(wǎng) 的無(wú)功功率； ..122Q U I??代表 UPFC 輸出端線路傳輸?shù)臒o(wú)功功率。 同樣通過(guò) 派克變換將 abc 三相坐標(biāo)系 轉(zhuǎn)換到 d、 q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下 時(shí)，式 (316)表示為 ： 2 1 _ 1 2 1 1 2 1 2SS d S q S q S d S S h u n t q d q q du i u i X U i u i u i QI? ? ? ? ? ? (317) 考慮 iiI SqSdS 222 ?? 和穩(wěn)態(tài)情況，可以得到： 1 _ 1 1 2 1 1 2 1 2S h u n t q S q q d d qU i U i u i u i Q? ? ? ? (318) 若在潮流變化時(shí)維持 U1 不變，則式 (318)變?yōu)椋? 1 1 2 1 1 2 11 _ 1 1 2 1 1 2 2q d d qS h u n t q S q d q q dU i U i i u i u Qu i u i? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (319) 這里上標(biāo)符號(hào) “*”表 示潮流變化前的各變量的值。 上式中， 1 _Shunt qUi?? 表示 UPFC 并聯(lián)變換器輸入無(wú)功功率的變化量；1 SqUi?? 表示電源 US 發(fā)送到 UPFC 輸入端無(wú)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(wú)功 功率 的變第 3 章 統(tǒng)一潮流控制器 （ UPFC)分析