统一潮流控制器（UPFC）的模型与仿真研究

论文摘要

统一潮流控制器(UPFC)作为一种典型的FACTS装置,综合了FACTS元件的多种灵活控制手段,能同时或选择地控制线路的基本参数(电压、阻抗、相角),也可交替地控制线路上的有功和无功潮流,还可独立地提供可控的并联无功补偿。因此UPFC被认为是最有创造性,功能最强大的FACTS元件。首先,本文详细分析了统一潮流控制器的基本结构和工作原理。采用开关函数法建立了电压源型变流器的数学模型,并推导了统一潮流控制器在abc三相坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型,该模型考虑到直流环节电容储能的动态变化过程,从而使其更适合于系统的动态特性分析。本文讨论的UPFC控制采用基于两相旋转坐标系下的非线性解耦控制方案,在UPFC的精确模型下具有可快速跟踪给定值的优点,且在dq坐标系下可以实现有功和无功功率的独立控制;在电容电压PI调节中加入电流反馈,使其更接近真实值。其次,本论文在分析UPFC数学模型的基础上建立了UPFC在MATLAB平台上的仿真模型;然后利用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。首先研究了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;同时,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。最后,通过仿真波形研究了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,结果发现,UPFC可以保持故障中的系统电压为正弦波。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 FACTS技术的提出
• 1.1.1 FACTS技术的研究背景
• 1.1.2 FACTS的发展概况
• 1.1.3 FACTS器件及其分类
• 1.1.4 FACTS的局限性
• 1.1.5 FACTS在国内的应用
• 1.2 统一潮流控制器的介绍
• 1.2.1 UPFC的提出
• 1.2.2 UPFC的研究现状
• 1.3 本次研究工作简介
• 第2章 UPFC的工作原理
• 2.1 基本工作原理
• 2.1.1 UPFC的系统结构
• 2.1.2 UPFC的基本原理
• 2.2 UPFC的工作方式
• 2.2.1 并联侧的工作方式
• 2.2.2 串联侧的工作方式
• 2.3 本章小结
• 第3章 三相电压源型变流器的控制方法
• 3.1 概述
• 3.2 三相电压源型变流器的结构
• 3.3 数学模型的建立
• 3.3.1 abc坐标系下的数学模型
• 3.3.2 两相静止坐标系
• 3.3.3 两相旋转坐标系
• 3.4 PWM调制技术
• 3.5 三相变流器的电流控制
• 3.5.1 间接电流控制
• 3.5.2 直接电流控制
• 3.6 本章小结
• 第4章 UPFC的控制器设计
• 4.1 并联变换器的控制器设计
• 4.2 串联变换器的控制器设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 UPFC在电力系统应用中的仿真研究
• 5.1 MATLAB简介
• 5.1.1 SIMULINK库
• 5.1.2 电力系统仿真模块PSB简介
• 5.2 仿真模型的建立
• 5.2.1 主电路模型的建立
• 5.2.2 UPFC结构模型的建立
• 5.2.3 UPFC控制系统的模型建立
• 5.3 UPFC对电力系统动态电能质量的影响
• 5.3.1 简单的三相电力系统仿真
• 5.3.2 简单的三相电力系统仿真
• 5.3.3 UPFC对系统电压的影响
• 5.4 本章总结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果