UPFC的仿真分析及其控制器设计

论文摘要

灵活交流输电系统(FACTS)，是电力电子技术在电力交流输电系统中应用的一个重要方面，而统一潮流控制器(UPFC)，能分别或同时调节输电线路的电压、阻抗、相角，以及对线路的有功和无功潮流进行快速有效的控制，是一种最灵活的FACTS控制器。首先，本文介绍了UPFC的结构、工作原理、动态模型及研究进展等。其次，在分析UPFC模型的基础上，建立了UPFC在MATLAB平台上的仿真模型；利用MATLAB建立了三相环形电力系统，将UPFC模型应用到该系统中，着重研究了UPFC对电网电能质量的影响；研究了UPFC对电网故障中电压跌落的补偿作用，以及UPFC对正常系统电压的影响。结果表明，UPFC可保持故障中的系统电压为正弦波；研究了UPFC对故障系统中电网功率的影响，以及UPFC对提高故障系统功率稳定性的作用；对UPFC能够抑制无故障系统中，系统接入电网时的功率冲击进行了研究。此外，经研究发现，单机系统中UPFC内部不同控制通道间，以及两台UPFC间都存在很强的交互作用；给出了时域仿真所采用的电力系统的同步发电机模型，以及装有一台UPFC的单机无穷大系统的整合模型；设计了四个单输入单输出的PI控制器，用以完成UPFC的四个基本功能；经研究发现，多个控制通道之间存在交互影响，并且在不同的运行点下，UPFC多控制通道之间的交互影响并不相同；分析了UPFC控制运行点，对两台UPFC间交互作用的影响。最后，文中提出了一种奇异植分解(SVD singular value decouple)的统一潮流控制器的设计方案，其可减小有功和无功潮流间的动态交互影响。这种SVD控制器的性能，在理论和仿真系统中都得到了评估。所得结果与静态解耦和比例积分控制器相比，表明SVD控制器通过解耦直轴与交轴控制变量的交互作用，可有效减小有功和无功功率的动态交互影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 灵活交流输电系统（FACTS）介绍
• 1.2.1 FACTS的产生背景
• 1.2.2 灵活交流输电系统的概念
• 1.2.3 FACTS的作用及分类
• 1.2.4 FACTS的应用现状
• 1.2.5 FACTS的局限性
• 1.2.6 FACTS控制器间的交互影响
• 1.3 统一潮流控制器的介绍
• 1.3.1 UPFC的提出及作用
• 1.3.2 UPFC的研究现状
• 1.3.3 UPFC控制器的交互影响
• 1.4 论文所做的工作
• 第2章 UPFC的工作原理
• 2.1 基本工作原理
• 2.1.1 UPFC系统结构
• 2.1.2 UPFC工作原理
• 2.1.3 UPFC的工作方式
• 2.2 UPFC的动态模型
• 2.3 UPFC的潮流模型
• 2.4 UPFC的控制模型
• 2.4.1 基本控制模式
• 2.4.2 典型控制模式
• 2.5 本章小结
• 第3章 UPFC在电力系统应用中的仿真研究
• 3.1 概述
• 3.2 基于MATLAB仿真平台的UPFC模型
• 3.2.1 UPFC仿真模型的建立
• 3.2.2 UPFC控制系统的仿真模型
• 3.3 UPFC对电力系统动态电能质量的影响
• 3.3.1 简单的三相电力系统仿真
• 3.3.2 UPFC对系统电压的影响
• 3.3.3 UPFC对系统功率的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 UPFC的交互影响分析
• 4.1 概述
• 4.2 单机系统UPFC内部的交互影响
• 4.2.1 同步发电机模型
• 4.2.2 励磁控制器模型
• 4.2.3 装有UPFC的单机无穷大系统模型
• 4.2.4 UPFC内部控制器的设计
• 4.3 多台UPFC间交互影响分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 统一潮流控制器的设计
• 5.1 概述
• 5.2 SVD的理论基础
• 5.2.1 矩阵的奇异值
• 5.2.2 矩阵的奇异值分解
• 5.2.3 奇异值的一些简单性质
• 5.2.4 奇异值分解法在控制系统中的应用
• 5.3 基于SVD的UPFC控制器设计
• 5.3.1 UPFC模型
• 5.3.2 奇异值控制器的设计
• 5.3.3 UPFC的控制系统
• 5.3.4 UPFC系统的不确定性
• 5.3.5 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A UPFC潮流方程
• 附录B 单机无穷大电力系统参数
• 攻读学位期间的研究成果