UPFC的非線性控制與限流式UPFC研究.pdf

1、現(xiàn)代電力系統(tǒng)通過大規(guī)?；ヂ?lián)使得電網結構日益龐大和復雜，如何在確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下提高電網輸送容量、控制線路潮流、有效限制系統(tǒng)短路電流水平等問題已越來越突出并備受關注。近年來柔性交流輸電系統(tǒng)(flexibleACtransmissionsystem，F(xiàn)ACTS)的快速發(fā)展為解決上述問題提供了新的思路。在FACTS控制器家族中，統(tǒng)一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController，UPFC)可以綜合調節(jié)輸電線路的三大參數(shù)

2、，即電壓、相位和阻抗，繼而可以控制線路潮流，有效提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，是目前綜合功能最為全面的FACTS裝置，因此成為了學術界的研究熱點。本文在UPFC的控制以及電力系統(tǒng)發(fā)生故障時UPFC的安全性問題兩方面做了一些研究工作。
　　 在UPFC的控制方面，針對UPFC的非線性特性和不確定性，分別提出了一種基于狀態(tài)反饋精確線性化理論的非線性最優(yōu)控制策略和一種基于反饋線性化H∞理論的非線性魯棒控制策略;針對UPFC負荷端電壓存

3、在的隨機擾動，提出了一種非線性隨機最優(yōu)控制策略。這方面的具體研究成果概括為以下幾點:
　　 1.針對UPFC傳統(tǒng)線性控制器的性能可能因運行點的大范圍變化而惡化的缺陷，考慮UPFC的非線性特性，提出了一種基于微分幾何狀態(tài)反饋精確線性化理論的UPFC非線性最優(yōu)控制策略。首先從數(shù)學上證明了UPFC五階非線性模型滿足可精確線性化的條件，然后通過選擇李雅普諾夫型輸出函數(shù)、適當?shù)姆蔷€性坐標變換和狀態(tài)反饋將UPFC五階非線性系統(tǒng)完全轉化為一個

4、Brunovsky標準線性系統(tǒng)，最后采用線性極點配置方法設計了UPFC內部潮流控制器。仿真結果表明，該控制策略改進了傳統(tǒng)PI控制近似線性化的缺陷，可以有效適應運行點的大范圍變化，在提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性方面的效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PI控制。
　　 2.針對UPFC在電力系統(tǒng)中面臨的不確定性和外部干擾問題，建立了加入干擾向量的UPFC非線性魯棒模型，在第1點工作的基礎上進一步提出了一種基于反饋線性化H∞理論的UPFC非線性魯棒控制策略。

5、仿真結果表明，該控制器在多種外部干擾下都具有良好的魯棒性。
　　 3.在第2點的研究中僅考慮了不確定性，但實際電力系統(tǒng)中存在的干擾帶有很強的隨機性。針對UPFC負荷端電壓存在的隨機擾動問題，將精確線性化理論和隨機控制理論相結合，提出了一種反饋線性化隨機最優(yōu)控制方法。首先建立了具有加性噪聲的UPFC非線性隨機模型;然后根據(jù)伊藤引理將其精確線性化為一個具有乘性噪聲的線性隨機系統(tǒng);隨后通過隨機HJB方程推導了該系統(tǒng)的隨機黎卡提矩陣微分

6、方程及其輔助方程，并給出了上述方程的一種數(shù)值解法;最后通過控制向量反饋關系得出原UPFC系統(tǒng)的非線性隨機最優(yōu)控制策略。仿真結果表明，與傳統(tǒng)的LQG控制方法相比，所提控制方法可以更好地抑制隨機干擾，而且在多重復雜擾動下都具有良好的控制性能和穩(wěn)定性。
　　 上述三種UPFC的控制策略設計方法均可擴展應用于所有基于電壓源變換器的FACTS裝置，如STATCOM、SSSC、IPFC、GUPFC、VSC-HVDC等。
　　 在電力

7、系統(tǒng)發(fā)生短路故障時UPFC的運行安全性方面，提出并研制了一種新型FACTS裝置——具有短路限流功能的統(tǒng)一潮流控制器（簡稱限流式UPFC）。這方面的具體研究成果概括為以下幾點:
　　 1.在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，UPFC的串聯(lián)變換器極可能因承受系統(tǒng)高電壓和短路大電流的沖擊而損毀。針對該問題，提出了一種新型FACTS裝置——限流式UPFC。給出了限流式UPFC的主電路拓撲結構，對其穩(wěn)態(tài)運行工作原理、短路限流動態(tài)過程及控制策略進行了

8、研究。建立了故障下的數(shù)學模型，提出了兩個關鍵參數(shù)——直流限流電感和直流電容的計算方法和選取原則。仿真結果證實了這種新裝置的可行性和有效性。
　　 2.研制了一套限流式UPFC實驗裝置，對其控制系統(tǒng)的硬件構成和軟件設計問題進行了研究。實驗結果表明，在電網正常狀態(tài)下，限流式UPFC等效為常規(guī)UPFC;當（裝置安裝點附近）電網發(fā)生短路故障時，裝置中的限流器模塊能立即從零阻抗轉變?yōu)楦咦杩勾牖芈分谐袚蟛糠窒到y(tǒng)電壓并將系統(tǒng)及流經UPFC