统一潮流控制器控制方法研究

论文摘要

论文首先介绍了灵活交流输电的发展现状,发展趋势,在我国应用的意义;之后又由简单的传输线模型引出了统一潮流控制器控制线路上潮流的原理,对于统一潮流控制器对线路潮流的控制能力进行了探讨,得出了统一潮流控制器控制线路传输功率范围图。进一步介绍了统一潮流控制器中两个逆变器的SVPWM调制方法及其仿真结果。本论文的主要部分为第四章。通过坐标系变换法,使得UPFC三相静止坐标系转化到了两相旋转坐标系下,因此简化了控制的复杂性。文中提出了一种统一潮流控制器新的安装方法。依据传统安装方式下的控制方法对新的安装方式进行了讨论,通过坐标系的转化和瞬时功率理论建立了在传统安装方式和新型安装方式下的交叉耦合控制方法。并且对线路上的有功功率和无功功率进行了解耦控制,使得线路上的有功功率和无功功率传输能够分离控制,减少了有功无功控制的相互干扰。提出了在新型安装方式下的两种控制方案。第一种方案利用并联逆变器控制线路上的有功功率和无功功率传输,而使用串联逆变器输出的同步电压控制节点电压和UPFC中心点的直流电容上电压的稳定。这种控制方式与文中所提到的传统安装方式下的控制方式完全不同。传统安装方式下,一般的是用并联逆变器控制节点电压稳定以及为串联逆变器提供有功功率支持,用来稳定UPFC中心点直流电压;而使用串联逆变器输出的同步电压控制线路上的有功功率和无功功率传输。新型安装方式下第二种控制方案,提出了一种利用并联逆变器控制线路上的无功功率传输和中心点直流电压的稳定;而利用串联逆变器输出的同步串联电压控制节点电压稳定和线路上的有功功率传输,这种控制思想在传统安装方式下有所应用,但是并不是很多。本文详细推导了新型安装方式下的运行状态方程,由这些状态方程结合两种控制方案推导出了新安装方式下的控制框图。第五章通过Matlab中的Simulink工具箱对传统安装方式及新型安装方式进行了双机无穷大系统模型的搭建,对系统的仿真参数进行了设定,并进行了仿真验证。验证了新型安装方式下的第一种控制方案对于潮流的调节能力,调节的时间短;节点电压的稳定性能要比传统控制方法下的效果稍差,这源于在该种安装方案下,节点电压要靠串联逆变器输出的电压以发送端电压为基准进行间接控制,控制力较弱。第二种控制方案的功率调节能力与传统的安装方式相比要稍优,而有功功率和无功功率调整时的相互的干扰要较小,节点电压和中问直流电容电压的稳定性控制与传统安装方式下相当。因此验证了该理论的可行性。第六章将模糊控制方法与传统的PID控制方法相结合的模糊-PID控制方式应用到了新型安装方式下的第一种控制方案中,由Matlab仿真证实,该控制方式可进一步提高功率传输的控制性能,提高瞬态响应,同时系统的稳定性得到了保持。证实了该控制方式的有效性,而简单的构建过程也使得该控制方法可很容易地应用于实验室模拟仿真,有一定的实用意义。本文提出的新型安装方式以及控制方法,经Matlab软件仿真验证,证实了其优缺点。通过模糊-PID控制方式进一步提高了控制性能,为UPFC的发展提出了一种安装方式选择,有一定的参考价值。

论文目录

• 符号说明
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 FACTS技术的基本概念及UPFC简介
• 1.2 FACTS技术的应用及在我国的研究现状
• 1.3 FACTS技术的发展趋势
• 1.3.1 FACTS技术与电力电子技术的发展
• 1.3.2 FACTS技术与用户电力技术的融合
• 1.3.3 FACTS技术与数字控制技术的结合
• 1.4 FACTS技术对我国电力发展的意义
• 1.5 本论文所做的工作
• 第二章 统一潮流控制器控制原理
• 2.1 UPFC基本的原理及控制方法
• 2.1.1 传输系统简单模型
• 2.1.2 UPFC控制线路潮流的基本原理
• 2.2 UPFC的控制能力分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 逆变器研究
• 3.1 逆变器主电路研究
• 3.2 逆变器调制方法研究
• 3.2.1 SVPWM调制方式简介
• 3.2.2 SVPWM调制方法的实现
• 3.3 三相逆变器的仿真
• 3.4 三相逆变器的仿真图
• 3.5 本章小结
• 第四章 UPFC新型安装方式下的控制方法
• 4.1 UPFC安装方式探讨
• 4.1.1 传统控制方法介绍
• 4.1.2 传统控制框图
• 4.2 新型安装方式下的控制研究
• 4.2.1 新型安装方式下的控制方程
• 4.2.2 新型安装方式下的第一种控制方案
• 4.2.3 新型安装方式下的第二种控制方案
• 4.3 本章小结
• 第五章 仿真结果分析
• 5.1 仿真系统的搭建
• 5.2 仿真结果
• 5.2.1 仅调整线路上的有功功率传输
• 5.2.2 仅调整线路上的无功功率传输
• 5.2.3 同时调整线路上的有功功率和无功功率传输
• 5.3 仿真结果对比结论
• 第六章 模糊控制理论在统一潮流控制器中的应用
• 6.1 模糊控制理论简介
• 6.2 模糊-PID控制方法
• 6.3 模糊控制算法的建立
• 6.4 仿真验证
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结
• 7.1 本篇论文的总结
• 7.2 本篇论文研究的不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表