CN106058852B - 一种统一潮流控制器的线路功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，通过线路有功功率指令、无功功率指令和实测的线路交流电压瞬时值计算得到两相静止坐标系下的线路电流参考值，将其转化为串联换流器阀侧电流参考值后，结合实际反馈的阀侧电流，经过比例‑谐振控制器，计算结果经过两相静止坐标系到三相静止坐标系的坐标变换后，最终得到换流器输出参考电压，换流器根据电压参考值输出相应的电压，实现控制线路潮流的目的。本控制方法能实现对线路有功功率和无功功率的独立解耦控制，潮流控制过程平稳、快速，且无需锁相等环节，控制结构简单实用，可靠性高。

Description

一种统一潮流控制器的线路功率控制方法

技术领域

本发明属于高压交流输电领域，具体涉及一种统一潮流控制器的线路功率控制方法。

背景技术

随着我国经济的迅速增长，电力系统也得到了快速发展，各种大型电力系统的互联和新设备的使用，使得电网架构变得越来越庞大复杂，电网之间潮流分布不均且调控困难，部分线路存在过载失稳风险。

灵活交流输电技术(Flexible Alternative Current Transmission Systems，FACTS)是综合电力电子技术、通信技术和控制技术而形成的交流输电新技术，可以实现对输电系统的电压、阻抗和相位角的灵活控制，从而大大提高电力系统的调控灵活性和运行稳定性，并使得现有输电线路的输送能力大幅提高。

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)是FACTS中功能强大的一员，主要由直流侧相连接的并联换流器和串联换流器组成，它拥有并联补偿和串联补偿的双重作用，运行方式非常灵活，具有良好的潮流控制能力，同时在交流系统振荡抑制和阻尼补偿方面也具有得天独厚的优势。

UPFC的基本结构如图1所示，其中图中I、II分别是并联换流器和串联换流器，T_shunt是并联变压器，T_Series是串联变压器，Vs、Vr分别是受端和送端网络电源，Xs、Xr是两端电抗。UPFC还包含串联侧旁路晶闸管TBS、并联侧断路器K1、串联侧断路器K2、串联变压一次侧旁路开关K3、串联变二次侧旁路开关K4等。

UPFC包括一个并联侧换流器I，一个或多个串联侧换流器II，各串联侧换流器II的一端通过串联变压器T_Series接入不同的交流线路上，串联变压器T_Series在一二次侧配有旁路开关K3、K4，在二次侧还配有旁路晶闸管TBS；串联换流器II的另一端相并联后与并联换流器I通过直流系统相连接。

对于电力系统来说，UPFC的控制目的是改变线路的潮流。目前针对UPFC的控制，已有的控制方法均是在基于线路电压锁相的同步dq旋转坐标系下针对线路有功功率和无功功率的三环或双环控制结构，虽然其能实现有功和无功的独立调节，但控制系统复杂，功率控制动态性能较差，且控制过程中有功无功不能完全解耦。

发明内容

本发明的目的是提供一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，用以解决现有控制方式动态性能差的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，包括如下步骤：

阀侧电流参考值计算：将实测的线路交流电压经过三相静止坐标系abc到两相静止坐标系αβ下的坐标变换后，再与线路功率指令进行计算，得到线路电流指令的两相静止坐标系的αβ分量；阀侧电流控制：将实测的阀侧交流电流经过三相静止坐标系abc到两相静止坐标系αβ下的坐标变换后，再作为反馈值并结合阀侧电流指令，经过准比例-谐振计算，得到换流器输出电压参考值，换流器输出电压参考值用于控制线路功率。

进一步的，阀侧电流参考值计算是通过线路有功和无功功率指令P_ref、Q_ref以及实测的线路交流电压，计算得到线路电流在两相静止坐标系下的参考值I_Lαref、I_Lβref；

上式中：P_ref、Q_ref分别是线路的有功功率指令和无功功率指令，U_Lα、U_Lβ分别是实测线路电压在两相静止坐标系下的αβ分量。

进一步的，阀侧电流控制是根据所述阀侧电流参考值生成换流器输出电压参考值：阀侧电流参考值的αβ分量分别减去作为反馈的实测阀侧电流值的αβ分量后，经过比例-谐振控制器的计算，得到串联换流器输出电压参考值的αβ分量；经过两相静止坐标系αβ到三相静止坐标系abc的坐标变换后，得到串联换流器输出电压参考值，换流阀控根据电压参考值输出相应的电压，控制线路功率。

进一步的，准比例-谐振控制器的传递函数为：

上式中，k_p是比例系数，k_r是谐振系数，ω₀是谐振频，ω_c是截至角频率。

本发明的统一潮流控制器线路功率控制方法可以实现对线路有功功率和无功功率的独立解耦控制，潮流控制动态性能好，功率变化过程快速平稳，可靠性强，且无需锁相等环节，控制结构简单易于实现，非常适合统一潮流控制器的工程应用。

附图说明

图1是本发明中统一潮流控制器的等效结构图；

图2是本发明中统一潮流控制器的线路功率控制方法的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，能实现线路有功功率和无功功率的独立解耦控制，动稳态性能好，可靠性高，且控制结构简单易于实现。本发明的线路功率控制方法，首先根据线路功率指令和线路实测电压计算得到串联换流器阀侧电流参考值，电流控制器根据阀侧电流参考值生成换流器输出电压参考值。

图2是本发明中统一潮流控制器的线路功率控制方法的原理图。统一潮流控制器线路功率控制方法在两相静止坐标系下进行，控制过程包括阀侧电流参考值计算部分和阀侧电流控制部分；阀侧电流参考值计算部分产生阀侧电流在两相静止坐标系下的参考值i_vαref、i_vβref，阀侧电流控制部分产生换流器输出电压参考值u_vref，用于控制线路功率。

本实施例的线路功率控制方法，其阀侧电流参考值计算部分，通过线路有功和无功功率指令P_ref、Q_ref以及实测的线路交流电压，计算得到线路电流在两相静止坐标系下的参考值I_Lαref、I_Lβref；

上式中：P_ref、Q_ref分别是线路的有功功率指令和无功功率指令，U_Lα、U_Lβ分别是实测线路电压在两相静止坐标系下的αβ分量。公式对应的各功率、电压、电流参数均为标幺值，若为实际值，则需要乘以系数2/3。

本实施例的线路功率控制方法，在计算得到线路电流在两相静止坐标系下的参考值后，经过串联侧变压器的变比K换算，得到阀侧电流在两相静止坐标系下的参考值i_vαref、i_vβref。

上述阀侧电流控制部分，包括：通过阀侧电流在两相静止坐标系下的参考值i_vαref、i_vβref，以及阀侧实测电流i_vα、i_vβ，经过准比例-谐振控制器NPR的计算，计算得到换流器输出电压参考值u_vαref、u_vβref，再经过两相静止坐标系到三相静止坐标系的坐标变换后，得到换流器输出电压参考值u_vref。

前述准比例-谐振控制器NPR的传递函数为：

式中，k_p是比例系数，k_r是谐振系数，ω₀是谐振频率，取值为电网频率的50Hz，ω_c是截至角频率。

本实施例的线路功率控制方法，将实测的线路交流电压经过三相静止坐标系abc到两相静止坐标系αβ下的坐标变换后，再与线路功率指令进行计算，得到线路电流指令的两相静止坐标系的αβ分量。

本实施例的线路功率控制方法，将实测的阀侧交流电流经过三相静止坐标系abc到两相静止坐标系αβ下的坐标变换后，再作为反馈值并结合阀侧电流指令，经过准比例-谐振计算，得到换流器输出电压参考值。

本实施例的线路功率控制方法适用于基于电压源换流器的统一潮流控制器。

本发明以应用于单线路的统一潮流控制器来介绍实施方案，但本发明不限于单线路应用统一潮流控制器的系统，对于多回线或者应用于同一个变电站、同一母线上的不同落点的多条线路的统一潮流控制器都适用。任何牵涉到采用两相静止坐标系下控制方法的统一潮流控制器线路功率控制方法都属于本发明范围之内。另外，关于公式(1)也可以采用现有技术中其他参考值计算公式进行替换；公式(2)可以采用其他类型的谐振控制器来实现。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

阀侧电流参考值计算：将实测的线路交流电压经过三相静止坐标系abc到两相静止坐标系αβ下的坐标变换后，再与线路功率指令进行计算，得到线路电流指令的两相静止坐标系的αβ分量；

阀侧电流控制：将实测的阀侧交流电流经过三相静止坐标系abc到两相静止坐标系αβ下的坐标变换后，再作为反馈值并结合阀侧电流指令，经过准比例-谐振计算，得到换流器输出电压参考值，换流器输出电压参考值用于控制线路功率；

阀侧电流控制是根据所述阀侧电流参考值生成换流器输出电压参考值：阀侧电流参考值的αβ分量分别减去作为反馈的实测阀侧电流值的αβ分量后，经过比例-谐振控制器的计算，得到串联换流器输出电压参考值的αβ分量；经过两相静止坐标系αβ到三相静止坐标系abc的坐标变换后，得到串联换流器输出电压参考值，换流阀控根据电压参考值输出相应的电压，控制线路功率。

2.根据权利要求1所述一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于，阀侧电流参考值计算是通过线路有功和无功功率指令P_ref、Q_ref以及实测的线路交流电压，计算得到线路电流在两相静止坐标系下的参考值I_Lαref、I_Lβref；

上式中：P_ref、Q_ref分别是线路的有功功率指令和无功功率指令，U_Lα、U_Lβ分别是实测线路电压在两相静止坐标系下的αβ分量。

3.根据权利要求1所述一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于，准比例-谐振控制器的传递函数为：

上式中，k_p是比例系数，k_r是谐振系数，ω₀是谐振频，ω_c是截至角频率。