一种统一潮流控制器的线路功率控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种统一潮流控制器的线路功率控制方法及系统，包括外环线路功率控制、内环阀侧电流控制及换流阀控制；外环线路功率控制根据输入的线路功率指令Pref、Qref，实测线路电压UL，实测线路功率Pline、Qline，计算得到串联侧换流器阀侧电流参考值Isedref、Iseqref；内环阀侧电流控制根据外环功率控制输出的阀侧电流参考值，以及实测阀侧电流、实测阀侧电压，计算得到换流器输出电压参考值Ucref；最终换流器根据电压参考值输出相应的电压，控制线路功率达到参考值。此控制方法简单实用、可靠性高，可以快速、精确的控制线路的功率，并且能实现线路有功功率和无功功率的独立、解耦控制。

【技术实现步骤摘要】
一种统一潮流控制器的线路功率控制方法及系统
本专利技术属于电力系统柔性输电领域，具体涉及一种统一潮流控制器线路功率控制方法及系统。
技术介绍
随着大型电力系统的互联以及各种新设备的使用，在使发电、输电更经济、更高效的同时也增加了电力系统的规模和复杂度；再加上大量的分布式发电系统接入电网，使传统的固定由输电网向配电网传送的潮流发生逆向；用户负荷的不断增长需要潮流控制手段提高现有的功率输送能力；正在蓬勃发展的智能电网和电力市场间复杂的功率交换需要频繁的潮流控制。统一潮流控制器，又称UPFC(UnifiedPowerFlowController),是目前为止通用性最好的潮流控制装置，它由两个完全相同的电压源换流器通过直流公共端连接，可以看作是一台静止同步补偿器(STATCOM)和一台静止同步串联补偿器(SSSC)并联构成，仅通过改变控制规律，就能分别或同时并快速地实现并联补偿、串联补偿和移相等不同的控制功能，提高电力系统的性能。UPFC的基本结构如图1所示，其中图中，1为并联变压器，2为背靠背的电压源换流器，3为串联变压器，4为被控交流线路。UPFC包含一个并联侧换流器，一个或者多个串联侧换流器，还包含并联侧变压器、串联侧变压器、并联侧变压器进线开关、串联侧变压器旁路开关等；其可以实现多目标协调控制，其并联侧换流器控制直流电压以及交流并网点电压或者无功功率，串联侧换流器可以实现线路端电压、移相控制、阻抗控制或者直接潮流控制，对于采用不同拓扑换流器的UPFC，其控制策略也不一样。目前世界上已有工程应用的统一潮流控制器均采用GTO器件串联、低电平换流桥、变压器多重化结构换流器，其换流器结构复杂、可靠性不高、维护成本高；控制保护系统的扩展性、移植性、维护性较差。随着电力半导体器件的不断发展，新型器件如IGBT构建的电压源换流器在柔性直流输电领域广泛应用，国内高校及科研机构对基于IGBT元件的低电平换流器UPFC的控制策略进行了研究，但低电压换流器的开关频率高、损耗较大，同时含有大量的谐波，一直没有工程应用。模块化多电平换流器(MMC)由于其模块化特性，电压、容量等级易于扩展，便于UPFC的工程实现，另外，较低的开关频率使得换流器损耗降低，提高了电压源换流器的可靠性。无论是端电压控制、移相控制、或者是阻抗控制，对于电力系统来说，最终的目标是改变线路的潮流，因此，利用UPFC对线路功率进行控制是最直接、最有效的方法。对于采用MMC这一新拓扑结构的UPFC,已有高校进行了相关策略的研究，张振华等人的“基于MMC拓扑的UPFC控制策略仿真研究”(电力系统保护与控制，2012，40(3)，74～77)，利用反馈线性化将非线性系统解耦，在线性化后的系统中引入变结构控制，对并联侧和串联侧分别设计完成控制器；其控制策略包括有功率外环、电压内环和电流内环三个环节，功率外环控制输出得到内环电压控制的参考值，虽然其能实现有功和无功的独立调节，但控制系统复杂、可靠性低，不适用于工程应用。郑博文的“模块化多电平UPFC装置级控制策略研究”(中国电力科学研究院硕士论文，2013，6)，其在串联侧换流器并联有电容器，利用单闭环PID控制UPFC串联侧输出电压控制系统，其控制系统中引入了滤波电容器，影响了控制线路功率的响应速度，另外，其直接通过PID控制串联侧电压，对阀侧电流的暂态响应较慢，影响UPFC系统的暂态控制。为了提高统一潮流控制器的快速、准确性，充分发挥其优化潮流的特点，推动统一潮流控制器应用的快速发展，需要一种更可靠、更适合工程应用的统一潮流控制器线路功率控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种统一潮流控制器的线路功率控制及系统,简单实用、可靠性高，可以快速、精确的控制线路的功率，并且能实现线路有功功率和无功功率的独立、解耦控制。为了达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，外环线路功率控制生成阀侧电流参考值，内环阀侧电流控制生成换流器输出电压参考值，换流器控制根据电压参考值输出相应的电压，控制线路功率。上述的统一潮流控制器的线路功率控制方法，外环线路功率控制生成阀侧电流参考值具体指：外环线路功率控制根据输入功率指令以及实测线路交流电压，计算得到线路电流指令；线路功率指令与实测线路功率的差值经过比例积分环节后的输出值,与上述计算所得线路电流指令相加，得到外环阀侧电流参考值。上述的统一潮流控制器的线路功率控制方法，内环阀侧电流控制生成换流器输出电压参考值具体指：内环阀侧电流控制根据输入所述阀侧电流参考值，以及阀侧实测交流电流和交流电压，计算得到换流器输出电压参考值。上述的统一潮流控制器的线路功率控制方法，将实测线路交流电压经过dq变换，再与线路功率指令进行计算，得到线路电流指令的dq分量，相应地，所述用于相加的线路电流指令即为所述线路电流指令的dq分量。上述的统一潮流控制器的线路功率控制方法，将实测阀侧交流电流及交流电压经过dq变换后，再与桥臂电抗器值及阀侧电流参考值dq分量进行计算，得到换流器输出电压参考值dq分量，再经过dq反变换后得到所述换流器输出电压参考值。上述的统一潮流控制器的线路功率控制方法，所述的dq变换及dq反变换以实测线路电压A相相角为参考角度。上述的统一潮流控制器线路功率控制方法适用于基于MMC结构换流器的统一潮流控制器。上述的统一潮流控制器线路功率控制方法适用于串联侧不包含滤波装置结构的统一潮流控制器。本专利技术还提供统一潮流控制器的线路功率控制系统，其特征在于：所述控制系统包括外环线路功率控制单元、内环阀侧电流控制单元及换流阀控制单元；所述外环线路功率控制单元用于生成阀侧电流参考值，所述内环阀侧电流控制根据所述阀侧电流参考值生成换流器输出电压参考值，换流阀控制根据所述电压参考值输出相应的电压，控制线路功率。上述的统一潮流控制器的线路功率控制系统，其特征在于：所述外环线路功率控制单元包括电流指令计算模块、第一实测模块、第二实测模块、积分模块和加和模块，其中第一实测模块用于实测线路交流电压；第二实测模块用于实测线路功率；电流指令计算模块根据输入功率指令以及第一实测模块所测得的线路交流电压，计算得到线路电流指令；积分模块用于将所述线路功率指令与第二实测模块测得的线路功率的差值经过比例积分；加和模块用于将所述积分模块的输出值与所述电流指令模块的输出值相加，得到外环阀侧电流参考值。上述的统一潮流控制器的线路功率控制系统，其特征在于：所述内环阀侧电流控制单元包括：第三实测模块、第四实测模块、计算模块，其中第三实测模块用于实测阀侧交流电压；第四实测模块用于实测阀侧交流电流；计算模块用于将所述阀侧电流参考值，以及所述第三实测模块测得的实际交流电压、第四实测模块测得的实际交流电流，计算得到换流器输出电压参考值。上述的统一潮流控制器的线路功率控制系统，其特征在于：所述外环线路功率控制单元还包括dq变换模块，相应地，交流电压经过dq变换模块的变换后，再与线路功率指令进行计算，得到线路电流指令的dq分量；所述的dq变换以实测线路电压A相相角为参考角度。上述的一种统一潮流控制器的线路功率控制系统，其特征在于：所述内环阀侧电流控制单元还包括dq变换模块以及dq反变换模块；相应地，所述实测阀侧交流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于：外环线路功率控制生成阀侧电流参考值，内环阀侧电流控制根据所述阀侧电流参考值生成换流器输出电压参考值，换流阀控制根据所述电压参考值输出相应的电压，控制线路功率。

【技术特征摘要】
1.一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于：外环线路功率控制生成阀侧电流参考值，内环阀侧电流控制根据所述阀侧电流参考值生成换流器输出电压参考值，换流阀控制根据所述电压参考值输出相应的电压，控制线路功率；所述外环线路功率控制生成阀侧电流参考值具体指：外环线路功率控制根据输入功率指令以及实测线路交流电压，计算得到线路电流指令；线路功率指令与实测线路功率的差值经过比例积分环节后的输出值,与上述计算所得线路电流指令相加，得到外环阀侧电流参考值；所述内环阀侧电流控制生成换流器输出电压参考值具体指：内环阀侧电流控制根据输入所述阀侧电流参考值，以及阀侧实测交流电流和交流电压，计算得到换流器输出电压参考值。2.如权利要求1所述的一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于：所述实测线路交流电压经过dq变换，再与线路功率指令进行计算，得到线路电流指令的dq分量，相应地，所述用于相加的线路电流指令即为所述线路电流指令的dq分量。3.如权利要求1所述的一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于：所述实测阀侧交流电流及交流电压经过dq变换后，再与桥臂电抗器值及阀侧电流参考值dq分量进行计算，得到换流器输出电压参考值dq分量，再经过dq反变换后得到所述换流器输出电压参考值。4.如权利要求2所述的一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于：所述的dq变换以实测线路交流电压A相相角为参考角度。5.如权利要求3所述的一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于：所述的dq变换及dq反变换以实测线路交流电压A相相角为参考角度。6.如权利要求1所述的一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于：所述的线路功率控制方法适用于基于MMC结构换流器的统一潮流控制器。7.如权利要求1所述的一种统一潮流控制器的线路功率控制方法，其特征在于：所述的线路功率控制方法适用于串联侧不包含滤波装置结构的统一潮流控制器。8.一种统一潮流控制器的线路功率控制系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：田杰，潘磊，刘超，沈全荣，李海英，卢宇，董云龙，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32