UPFC多目标控制器设计及其对电力系统影响的研究

论文摘要

灵活交流输电系统（FACTS）利用大功率电力电子器件来改善电力系统输电性能,作为其典型代表——统一潮流控制器（UPFC）能够同时或分别调节传输线路的阻抗、相角和电压,从而在不影响系统稳定性的前提下,提高线路传输功率能力,改善电压质量。论文就如何实现UPFC的多目标控制这一课题在以下几个方面展开了深入研究：首先简要阐述了灵活交流输电系统的基本概念和分类,重点讨论了统一潮流控制器的结构、工作原理、动稳态数学模型以及在控制策略、物理结构及其装置研制和应用等方面的研究现状。其次,使用传统的比例-积分（PI）控制策略,分别对UPFC的串、并联两侧进行控制器设计。串联侧等效注入电压的横分量用来控制线路有功功率,纵分量用来控制线路的无功功率；并联侧等效注入电流的横分量用来控制接入节点电压幅值,纵分量用来控制UPFC公用直流电容电压。利用MATLAB软件编程对含UPFC的单机无穷大系统进行潮流调节和暂态稳定的仿真。仿真结果表明UPFC具有快速调节线路有功、无功潮流,稳定接入点母线电压和提高系统暂态稳定性的功能。接着,综述目前研究UPFC安装位置的常用方法。利用线路有功潮流性能指数的概念,由UPFC控制参数对输电线路有功过负荷能力产生影响的灵敏度因子来确定UPFC的最佳安装位置；以经济收益最大为目标来确定UPFC的容量。将该方法用于分析IEEE14节点中UPFC安装位置和容量大小,与常用的优化算法相比,该方法更为简单,效率更高。最后,将UPFC的多目标控制器的设计问题转化为一个多目标优化问题,采用量子遗传算法优化控制器参数。为验证算法的有效性,与传统的遗传算法比较,对测试函数的仿真结果表明,量子遗传算法具有种群小、快速收敛的优点。对所设计的控制器进行时域仿真,验证UPFC的多目标控制功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 灵活交流输电系统（FACTS）概述
• 1.2.1 FACTS的基本概念
• 1.2.2 FACTS的分类
• 1.2.3 典型的FACTS技术
• 1.3 统一潮流控制器（UPFC）的发展及研究现状
• 1.3.1 UPFC的基本概念
• 1.3.2 UPFC的研究现状
• 1.4 论文的主要工作
• 2 UPFC工作原理与数学模型
• 2.1 UPFC工作原理
• 2.1.1 并联换流器工作原理
• 2.1.2 串联换流器工作原理
• 2.2 UPFC数学模型
• 2.2.1 UPFC稳态模型
• 2.2.2 UPFC暂态模型
• 2.3 含有UPFC的多机电力系统的数学模型
• 2.3.1 发电机3阶动态模型
• 2.3.2 网络方程
• 2.4 本章小结
• 3 含UPFC的单机无穷大系统的仿真研究
• 3.1 UPFC的控制策略
• 3.1.1 UPFC串联侧控制策略
• 3.1.2 UPFC并联侧控制策略
• 3.2 UPFC潮流控制特性仿真
• 3.3 UPFC暂态特性仿真
• 3.4 本章小结
• 4 多机系统中UPFC装置选址和定容的研究
• 4.1 UPFC选址
• 4.1.1 UPFC潮流控制灵敏度因子
• 4.1.2 算例分析
• 4.2 UPFC定容
• 4.2.1 UPFC定容原理
• 4.2.2 UPFC投资费用与收益的函数
• 4.2.3 算例分析
• 4.3 本章小结
• 5 基于量子遗传算法的UPFC多目标控制器设计
• 5.1 量子遗传算法
• 5.1.1 基本原理
• 5.1.2 量子遗传算法流程
• 5.1.3 量子遗传算法的改进
• 5.1.4 仿真算例
• 5.2 UPFC多目标控制器设计
• 5.2.1 UPFC控制器安排
• 5.2.2 多目标优化问题的表述
• 5.2.3 控制器参数确定
• 5.2.4 对电力系统性能的影响
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 系统仿真参数
• 附录B
• 量子遗传算法主程序
• 附录C
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况
• 攻读硕士学位期间学术成果获奖情况