UPFC和柔性直流输电.doc

UPFC
1UPFC（统一潮流控制器）
UPFC（统一潮流控制器）是一种功能最强大、特性最优越的新一代柔性交流输电装置，也是迄今为止通用性最好的FACTS装置，综合了FACTS元件的多种灵活控制手段，它包括了电压调节、串联补偿和移相等所有能力，它可以同时并非常快速的独立控制输电线路中有功功率和无功功率。UPFC可以控制线路的潮流分布,有效地提高电力系统的稳定性。
UPFC的正常工作，依赖于其连接电容上的直流电压控制。对于UPFC所需要完成的多个控制功能，通常的设计是在UPFC上安排多个控制器，每一个控制器被赋予一个控制功能。但对于安装在电力系统中，设计者面临的是一个多输入多输出(MIMO)系统，在UPFC上安排多个控制器的设计，是在设计每一个控制器的时候将其当作单输入单输出(SISO)系统，这时UPFC的各个控制功能之间的交互影响不能忽略，即使每个控制器都能成功地单独设计，也不能保证闭环全系统的稳定性。故UPFC的有功功率控制器与无功功率控制器之间，存在着较强的交互影响。
2UPFC系统结构
统一潮流控制器的系统构成，如图1所示。它主要包括主电路(串联单元、并联单元)和控制单元两部分。其中串联单元可以对i处电压进行补偿，使i处敏感负荷端的电压满足要求；并联补偿单元可以对i处的电流进行补偿；控制单元通过适当的控制策略，对串联和并联单元的可控功率器件进行通断控制。应用中可根据实际情况，确定UPFC主回路拓扑结构和控制策略，合理分配各整流桥的容量，降低整体造价，并使UPFC的功能得到充分发挥。

图1
串联变流器直接与串联变压器T2相连，并通过该变压器向系统注入幅值和相角都可变的电压。通过串联叠加到UPFC所在线路的接入点电压，可以合成一个幅值和相角均可变的串联输出电压。这就相当于一个交流电压源，改变其幅值和相角就能实现交流电压的移相调节和串联补偿。并联变流器1的主要功能，是通过直流连接线向换流器2提供有功功率，而这部分有功功率由交流系统通过耦合变压器提供。此外，变流器l还可以在其系统接入点处，产生或吸收无功功率，即除了与串联输出侧实现有功功率的双向流动外，还可以通过适当的控制起独立的静止无功补偿作用，对UPFC的输入端电压进行控制。
在稳态运行条件下，直流侧电容c两端的电压基本恒定，其作用类似一个直流电压。UPFC的两个变流器分NI作于整流状态和逆变状态。在通常情况下，并联变流器工作于整流状态，串联变流器工作于逆变状态。无论是UPFC逆变侧还是整流侧变流器，从系统向UPFC看进去都是同样的电路结构，唯一不同的是有功功率的流向。对于UPFC的整流侧，有功功率是从系统向UPFC流入，而对于UPFC的逆变侧，有功功率的流向是从UPFC向系统流动。
图2是UPFC的等值电路：变流器1的输出电压为V1，相应电流为I1∠α1，V1相位超前节点电压形的角度为δ1。变流器2的输出电压为V2，相位超前Vi的角度为δ2(幅值和相位都是综合矢量)。X1,X2分别是并联变压器T1和串联变压器T2的漏阻抗。R1为包括变流器1损耗和T1的损耗的等效电阻，R2为包括变流器2损耗和T2损耗的等效电阻。

图2
根据UPFC瞬时有功功率平衡关系式，可以得到直流电容c能量变化的表达式如下：

该式1的含义是直流电容储能的变化率，等于变流器吸收的瞬时有功值，Ud为直流电容C的电压。正常情况下dUd/dt=0，则有下式3：

上式为UPFC的有功功率传递公式。

柔性直流输电
柔性直流输电技术(VSC-HVDC)是一种采用最新电力电子技术，进行交流与直流电流之间相互转换与传输的新技术，是一种适用于小功率传输的新型直流输电技术。它采用大功率的可任意开断的绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为电子元件来取代传统的半控型元件“晶闸管”。换流器则采用电压源换流器（VSC）技术来取代传统的相控换流器(PCC)技术。其输出控制系统采用微机化的脉宽调制技术（PWM）控制，因而其交流侧输出电压，电流可以实现精确控制，可根据交流系统的需要自动调节电压、频率、有功和无功。
1柔性直流输电技术(VSC-HVDC)的系统结构
柔性直流输电系统由换流站和直流电缆线路组成，其主接线图如图1所示
图1VCS-HVDC系统原理图
两端VSC-HVDC系统如上图所示，系统两侧换流站采用电压源型换流器，直流侧并联大电容，起到为换流器提供电压支撑、缓冲桥臂关断时冲击电流、减小直流侧谐波的作用。换流器中IGBT上少并联反向二极管，除了作为主回路以外，还起到保护和续流的作用。
电压源换流器(VSC)技术由于是使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)等全控型功率器件，所以其电流通断可用控制半导体阀来控制而无需与网络联系。VSC由IGBT阀桥、换流控制器、换流电抗器、直流电容及交流滤波器组成。IGBT阀桥的基木形式