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含统一潮流控制器的电力系统概率暂态稳定评估

丁明，吴红斌

合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽合肥230009

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摘要：统一潮流控制器（UPFC）作为一种典型的FACTS元件，可以极大地改善电力系统的
暂态稳定性。本文在详细分析了UPFC的模型和控制器后，利用基于非序贯蒙特卡罗仿真的
抽样算法，从扰动的随机性和不确定性出发，来研究UPFC对电力系统暂态稳定性的影响，
并以修改后的EPRI-36节点系统为例，进行了含UPFC元件的电力系统概率稳定评估。研究
结果表明：UPFC的仿真模型、安装地点、控制策略以及网络结构等因素对系统的暂态稳定
性有着重要的影响。证明了在理论计算和工程应用中，选择合理的UPFC仿真模型、安装地
点、控制策略等因素的重要性。
关键词：统一潮流控制器；柔性输电系统；暂态稳定性；概率分析

1引言

统一潮流控制器（UPFC）作为一种典型的FACTS装置，它是由两个共用直流侧电容C
的电压源逆变器组成，在对UPFC进行分析时，根据直流侧电容的不同特性，可以将UPFC
分为一种是计及电容器充放电动态过程的动态模型和一种不计及电容器充放电过程的模型，
而UPFC的控制策略，则可以根据控制目标的不同，分为并联侧控制、串联侧控制以及串并
联的联合控制三种控制方式。
大量的研究表明[1-6]：UPFC通过在电力系统中的应用，可以极大地改善系统的暂态稳定
性。然而，对于一个具体的电力系统而言，在理论分析和工程应用过程中，UPFC对于暂态
稳定性的影响程度是与UPFC的仿真模型、安装地点、控制策略以及系统本身的网络结构等
因素有关。此外，目前对于FACTS元件的研究多采用的是确定性方法，该方法通过设置确定
的故障模式来进行暂态稳定性计算，而电力系统扰动本身具有随机性和复杂性的特点，因此
确定性的分析方法显得有些不足。概率分析方法则是根据扰动所固有的随机性和复杂性，对
系统的暂态稳定性进行统计评估，从而可以弥补确定性方法的局限性，因此概率分析方法在
电力系统中得到了充分的重视[7-8]。
本文通过对UPFC的模型和控制器进行分析后，从扰动的随机性和不确定性出发，利用
非序贯蒙特卡罗抽样的仿真算法，来研究UPFC对电力系统暂态稳定性的影响，建立了含UPFC
的电力系统概率稳定评估体系，并以修改后的EPRI-36节点系统为例，给出了概率分析的结
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基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20020359004)

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果和相关的算例。研究结果表明：UPFC元件的仿真模型、安装地点、控制策略以及系统的
网络结构等对系统的暂态稳定性有着重要的影响，证明了在理论计算和工程应用中，选择合
理的UPFC仿真模型、安装地点、控制策略等因素的重要性，为进一步研究FACTS元件的实
际应用提供了理论依据。

2UPFC的模型及控制系统

ViVj
T2
Zl=1/Yij

T1

P2
P1Id1Id2

逆变器1VdId逆变器2
C

m1ϕm2ϕ
12
图1UPFC原理图
Fig1TheprinciplediagramofUPFC
如图1所示，UPFC由两个共用直流侧电容器C的电压源逆变器组成，逆变器1通过变

压器T1并联接入系统，逆变器2通过变压器T2串接入系统。m1、ϕ1为并联逆变器1的交直

流电压比和触发角；m2、ϕ2为串联逆变器2的交直流电压比和触发角。

2.1UPFC的模型分析
如图1所示，UPFC是由两个共用直流侧电容C的电压源逆变器组成，当逆变器直流侧的
电容容量足够大且忽略串并联变压器及UPFC的功率损耗时，可以认为直流侧两端的有功相

等，即P1=P2，该模型称为不计及电容器动态过程的模型。
在计及电容器充放电动态过程时，其特性方程为：
dV
C*V*d=P−P（1）
ddt12

式中，P1表示并联侧逆变器1吸收的有功；

P2表示串联侧逆变器2发出的有功，该模型称为计及电容器动态过程的模型。

2.2UPFC的控制分析
UPFC作为一种典型的FACTS元件，其多种控制功能可以自由切换。可以根据控制目标的
不同，分为并联侧控制、串联侧控制和串并联联合控制等三种。

UPFC的控制系统为：并联侧采用定电容器直流电压Vd控制和定交流母线电压Vi控制；
串联侧采用定线路的有功功率和无功功率控制，具体的控制系统框图见文献[5]。
3非序贯的蒙特卡罗模拟仿真算法

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3.1非序贯的蒙特卡罗模拟的概率仿真算法

由于电力系统扰动本身固