曹磊

摘 要：隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電力工業(yè)技術(shù)也取得了許多新的進(jìn)步，其中一個(gè)重大的成就就是柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的提出和應(yīng)用。柔性交流輸電系統(tǒng)是在現(xiàn)代交流輸電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電系統(tǒng)參數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活快速控制。UPFC（統(tǒng)一潮流控制器）是一種功能最強(qiáng)大、特性最優(yōu)越的新一代柔性交流輸電裝置，也是迄今為止通用性最好的FACTS裝置，綜合了FACTS元件的多種靈活控制手段，它包括了電壓調(diào)節(jié)、串聯(lián)補(bǔ)償和移相等所有能力，它可以同時(shí)并非?？焖俚莫?dú)立控制輸電線路中有功功率和無(wú)功功率。UPFC可以控制線路的潮流分布，有效地提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)；控制技術(shù)；電力系統(tǒng)

1 研究?jī)?nèi)容

隨著UPFC裝置在智能電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，在UPFC裝置的控制器中有一個(gè)問(wèn)題必須加以考慮：智能電網(wǎng)中同一UPFC裝置的不同控制通道之間，UPFC裝置與其它電力設(shè)備之間以及多個(gè)UPFC裝置之間是否存在交互影響，UPFC裝置能否提高智能電網(wǎng)靈活性和可靠性。交互影響可以做如下定義：“在一個(gè)多變量系統(tǒng)中，交互是指在傳輸中某個(gè)操作輸入變量影響一系列測(cè)量輸出變量，或者是某個(gè)輸出被許多輸入所影響?！绷硪环矫妫绻换ビ绊懺鰪?qiáng)了控制效果，則稱這種交互影響為正交互；如果交互影響的結(jié)果使系統(tǒng)不穩(wěn)定或是減弱了控制效果，則稱這種交互影響是負(fù)交互。近年來(lái)越來(lái)越多的研究表明：?jiǎn)蝹€(gè)UPFC裝置的多個(gè)控制回路之間，多臺(tái)UPFC裝置之間以及UPFC裝置與電力系統(tǒng)其他控制設(shè)備（如電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，AVR，HVDC等）之間確實(shí)存在一定的交互負(fù)影響，并將對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制帶來(lái)重大影響。

2 研究目的

①定量分析UPFC裝置之間可能存在的這種交互負(fù)作用對(duì)智能電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響；

②改進(jìn)原有的算法上，通過(guò)多個(gè)UPFC裝置的協(xié)調(diào)控制來(lái)提高智能電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平；

③對(duì)原有的UPFC控制策略進(jìn)行改進(jìn)；

電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析和控制在經(jīng)歷了中外學(xué)者幾十年的研究和探索，已取得了豐碩的成果。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，以電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)為基礎(chǔ)的FACTS技術(shù)因?qū)ο到y(tǒng)暫態(tài)過(guò)程及事故后系統(tǒng)的恢復(fù)具有快速靈活的調(diào)節(jié)能力，對(duì)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平具有十分重要的意義。它是是綜合電力電子技術(shù)，微處理和微電子技術(shù)，通信技術(shù)和控制技術(shù)而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術(shù)，它將原本不可控的電網(wǎng)變的全面可控，從而大大的提高電力系統(tǒng)的高度靈活性和穩(wěn)定性，使得現(xiàn)有輸電線路的輸送能力大大提高。

發(fā)展智能電網(wǎng)是中國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。中國(guó)的智能電網(wǎng)是以特高壓輸變電為基礎(chǔ)，且需要綜合考慮新能源的接入、分布式能源的隔離等技術(shù)，所以，以電力電子為主要特征的柔性交流輸電系統(tǒng)需求迅速增長(zhǎng)。將電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)對(duì)智能電網(wǎng)參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，可以大幅度降低輸電損耗，提高輸電線路輸送能力和保障智能電網(wǎng)可靠、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。

然而，UPFC裝置在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用給智能電網(wǎng)的穩(wěn)定分析和控制又帶來(lái)了新的研究課題---如何在實(shí)際智能電網(wǎng)分析和計(jì)算中模擬這些新型元件和控制系統(tǒng)的功能；如何在智能電網(wǎng)中加裝UPFC元件；如何設(shè)計(jì)UPFC元件控制器；以及UPFC元件之間如何協(xié)調(diào)等都有待于進(jìn)一步研究。

另外，多臺(tái)UPFC控制器之間的交互影響與協(xié)調(diào)卻一直是實(shí)際應(yīng)用中需要解決的難題。隨著安裝在智能電網(wǎng)中UPFC裝置的日益增多，多個(gè)UPFC控制器間的交互影響問(wèn)題得到愈來(lái)愈多的關(guān)注。因此探索新理論、新技術(shù)和新方法，通過(guò)多個(gè)UPFC器件的協(xié)調(diào)控制來(lái)提高電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平，是智能電網(wǎng)可靠運(yùn)行研究的一個(gè)重要課題。

3 關(guān)鍵技術(shù)

第一，以統(tǒng)一潮流控制器UPFC為研究對(duì)象，探究和改善其動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和控制策略，并在多機(jī)電力系統(tǒng)中推導(dǎo)裝有UPFC的Philipe一Heffron數(shù)學(xué)模型。根據(jù)目前研究AFCTS元件裝設(shè)地點(diǎn)的常用方法，引入基于SVD的交互影響分析方法可以定量的評(píng)價(jià)各控制器間的交互強(qiáng)烈程度。將所提出的方法應(yīng)用到新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算得出UPFC合理的安裝位置，根據(jù)SVD理論分析及時(shí)域仿真結(jié)果，驗(yàn)證所提分析方法的有效性。

第二，針對(duì)電力系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的非線性本質(zhì)，采用數(shù)學(xué)工具分析UPFC多個(gè)功能控制器間交互作用對(duì)智能電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。運(yùn)用非線性交互指標(biāo)用來(lái)定量地評(píng)價(jià)多臺(tái)UPFC之間、UPFC和UPFC之間、UPFC多個(gè)功能控制器之間在智能電網(wǎng)中的交互強(qiáng)烈程度；在多機(jī)電力系統(tǒng)研究實(shí)例中，通過(guò)理論分析與時(shí)域仿真驗(yàn)證了所提分析方法在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的有效性。

第三，UPFC的控制策略和控制方法的研究。對(duì)原有的研究方法進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，借助仿真工具軟件，模擬系統(tǒng)的工作過(guò)程，研究控制器的控制作用效果；或者通過(guò)模型的精簡(jiǎn)，借助于傳統(tǒng)的潮流計(jì)算，為分析統(tǒng)一潮流控制器的潮流控制特性，提出一種計(jì)及統(tǒng)一潮流控制器控制作用的潮流計(jì)算方法。

4 總結(jié)

柔性交流輸電技術(shù)和智能電網(wǎng)技術(shù)作為新的技術(shù)，都是由美國(guó)科學(xué)家倡導(dǎo)并在國(guó)際上一直領(lǐng)導(dǎo)著這一領(lǐng)域的研究與開(kāi)發(fā)。我國(guó)作為一個(gè)經(jīng)濟(jì)正在騰飛的大國(guó)，積極跟蹤、參與這一高新技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，并爭(zhēng)取在一些方面處于領(lǐng)先地位，這對(duì)我國(guó)電力經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展，有著極為重要的戰(zhàn)略意義。endprint