一种基于PSASP的UPFC建模方法技术

本发明专利技术公布了一种基于PSASP的UPFC建模方法，属于电力系统建模与仿真技术领域。本发明专利技术通过在电力系统分析综合程序PSASP中研究建立统一潮流控制器UPFC的稳态及暂态模型为UPFC的仿真研究建立基础。本发明专利技术首先建立UPFC的稳态数学模型：独立支路模型和功率注入模型。然后以PSASP软件为平台，利用PSASP中的用户自定义建模功能UD模块建立UPFC的稳态模型。接着，利用PSASP中的UD模块建立UPFC的暂态模型。最后，将该模型应用到实际电网仿真数据。本发明专利技术建立模型能够正确模拟实际计及UPFC的输电网络，能够满足电网生产运行部门进行电网仿真计算的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统建模与仿真
，涉及一种基于PSASP的UPFC建模方法。以PSASP软件为平台，利用PSASP中的用户自定义建模UD功能对UPFC进行稳态与暂态的建模，最后将该模型应用于实际电网仿真。本专利技术建立模型能够正确模拟实际计及UPFC的输电网络，能够满足电网生产运行部门进行电网仿真计算的要求。技术背景统一潮流控制器(unifiedpowerflowcontroller,UPFC)是一种功能最强大、特性最优越的新一代柔性交流输电(flexibleACtransmissionsystem,FACTS)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。自从UPFC技术专利技术之后，美国、德国、韩国等国的大公司和研究机构先后研制了三套高电压、大容量的UPFC装置，并已经在电力系统中实际运行。中国第一个UPFC工程，世界第一套基于MMC技术的UPFC工程-220kV南京西环网UPFC工程于2015年12月正式投入运行，引发了国内又一波的UPFC研究热潮。电力系统分析综合程序(PSASP)是中国电科院自主研发的电力系统仿真分析软件，为诸多仿真产品提供仿真核心引擎。因此，随着UPFC接入电网，亟需建立基于PSASP的UPFC模型，为UPFC的后续仿真研究奠定基础。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于基于PSASP建立UPFC的实用化模型，最终能够正确模拟实际计及UPFC的输电网络，能够满足电网生产运行部门进行电网仿真计算的要求。技术方案：本专利技术提供一种基于PSASP的UPFC建模方法，包括以下步骤：步骤1：收集、整理电网基础数据以及UPFC参数，并建立PSASP的UPFC数据组；步骤2：分别基于独立支路法和功率注入法推导UPFC的稳态数学模型；步骤3：利用PSASP中的UD功能分别建立UPFC的潮流控制模型和UPFC的参数控制模型；步骤4：利用PSASP中的UD功能分别建立基于注入电流模型的UPFC的暂态初值计算和UPFC的暂态动态计算模型。进一步，步骤1包括以下步骤：步骤101：UPFC的基本结构和原理：UPFC是由两个背靠背电压源换流器VSC构成，共用直流侧电容；换流器通过变压器并联耦合入系统，除了向换流器提供有功功率外，还可以通过变压器向系统吸收或者注入无功功率，用来控制母线电压；换流器通过变压器串联接入系统，向线路注入一个幅值和相角可调的串联电压，控制线路的潮流；因此，UPFC相当于由静止同步补偿器STATCOM和静止同步串联补偿器SSSC通过直流电容耦合而成的，能够实现潮流控制、并联无功补偿、移相等功能的综合柔性交流输电FACTS装置；步骤102：电网基础数据和UPFC参数的获取与编辑：电网基础数据通过PSASP中的数据包获得，包括分区、发电机及其调节器、母线、负荷、交流线、并联电容电抗、串联电容电抗、变压器变比和阻抗；加装UPFC后不仅需要对原有电网基础数据，包括UPFC所在线路开断在内进行编辑修改，还需要添加数据包括UPFC的串并联容量限制、UPFC所安装线路首末节点以及增加的节点，所安装并联侧等效电压源。进一步，步骤2包括以下步骤：步骤201：UPFC的独立支路模型：将UPFC所在支路分解为UPFC支路和原线路支路，使UPFC成为独立的支路参与系统潮流计算；独立支路模型考虑了并联和串联变压器的漏抗XE、XB和等效电阻RE、RB，使模型更加精确；但该方法由于需要增加新的节点，并且需要将UPFC的内部功率约束加入到约束方程中，在PSASP中需要对于电网基础的数据进行编辑修改；采用双电压源模型仿真UPFC支路，为UPFC所在支路并联侧首节点电压；为新增加的节点电压；分别为UPFC的等效串、并联电压；RB+jXB、RE+jXE分别为等效串、并联阻抗；分别为所在支路的电流；则UPFC支路两端节点s、r的注入功率Psr+jQsr、Prs+jQrs：S·sr=Psr+jQsr=Vs·Is*=Vs·(IE·-Ir·)*S·rs=Prs+jQrs=Vr·Ir*]]>UPFC的作用被等效为两端的节点注入功率，节点s、r之间不再相连；步骤202：UPFC的功率注入模型：功率注入法实际上是一种网络拓扑变换，它将线路上可调变量对系统的贡献移植到对应线路的两侧节点上，这样就可以在不修改原节点导纳阵的情况下嵌入FACTS模型，便于潮流计算，同时还能提供一种直观的方式来研究FACTS对系统的影响。利用功率注入法，忽略UPFC装置本身的损耗，可得到UPFC的功率注入模型；是安装有UPFC的线路的原始潮流，取决于线路两端节点电压rij+jxij、分别是线路ij的阻抗和对地电纳：当ij线路不含UPFC装置时线路的功率为：S·ij(L)=Vi·[Vi·-Vj·rij+jxij+Vi·(jB2)]*]]>当ij线路含UPFC装置时线路的功率为：S·ij=Vi·[-Ii·+Vi·+Vs·-Vj·rij+jxij+(Vi·+Vj·)(jB2)]*=Vi·[Vi·-Vj·rij+jxij+Vi·(jB2)]*+Vi·[-I1·+Vs·rij+jxij+Vi·(jB2)]*=S·ij(L)+S·ij(UPFC)]]>分别是UPFC线路流进节点i和j的等效注入功率。进一步，步骤3包括以下步骤：潮流控制模型通常采用给定UPFC的控制参数Pref、Qref、Vref的方式以达到潮流控制的效果，Pref+jQref为UPFC末端线路的给定功率，Vref为UPFC并联侧的给定电压；根据UPFC的功率注入模型在用户自定义模块中搭建UPFC的稳态潮流控制模型；Rij和Xij分别为装设UPFC的线路的阻抗，Bc/2为该线路对地电纳的1/2，n为安装UPFC线路两端节点之间的线路条数，Vpqmax为串联侧电压控制最大值，控制参数为UPFC末端线路有功功率Pref和无功功率Qref，该控制量由用户按照需求设定；以上UD模型仅控制线路潮流为定值，另外，通过在PSASP元件数据中在UPFC并联侧增加一台发电机来控制并联侧电压Vref；步骤302：基于PSASP建立UPFC的参数控制模型：同样地，根据UPFC的独立支路模型还可以通过给定UPFC的控制参数Vpq，Theta_本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PSASP的UPFC建模方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：收集、整理电网基础数据以及UPFC参数，并建立PSASP的UPFC数据组；步骤2：分别基于独立支路法和功率注入法推导UPFC的稳态数学模型；步骤3：利用PSASP中的UD功能分别建立UPFC的潮流控制模型和UPFC的参数控制模型；步骤4：利用PSASP中的UD功能分别建立基于注入电流模型的UPFC的暂态初值计算和UPFC的暂态动态计算模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于PSASP的UPFC建模方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：收集、整理电网基础数据以及UPFC参数，并建立PSASP的UPFC数据组；步骤2：分别基于独立支路法和功率注入法推导UPFC的稳态数学模型；步骤3：利用PSASP中的UD功能分别建立UPFC的潮流控制模型和UPFC的参数控制模型；步骤4：利用PSASP中的UD功能分别建立基于注入电流模型的UPFC的暂态初值计算和UPFC的暂态动态计算模型。2.根据权利要求1所述的基于PSASP的UPFC建模方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：步骤101：UPFC的基本结构和原理：UPFC是由两个背靠背电压源换流器VSC构成，共用直流侧电容；换流器通过变压器并联耦合入系统，除了向换流器提供有功功率外，还可以通过变压器向系统吸收或者注入无功功率，用来控制母线电压；换流器通过变压器串联接入系统，向线路注入一个幅值和相角可调的串联电压，控制线路的潮流；因此，UPFC相当于由静止同步补偿器STATCOM和静止同步串联补偿器SSSC通过直流电容耦合而成的，能够实现潮流控制、并联无功补偿、移相等功能的综合柔性交流输电FACTS装置；步骤102：电网基础数据和UPFC参数的获取与编辑：电网基础数据通过PSASP中的数据包获得，包括分区、发电机及其调节器、母线、负荷、交流线、并联电容电抗、串联电容电抗、变压器变比和阻抗；加装UPFC后不仅需要对原有电网基础数据，包括UPFC所在线路开断在内进行编辑修改，还需要添加数据包括UPFC的串并联容量限制、UPFC所安装线路首末节点以及增加的节点，所安装并联侧等效电压源。3.根据权利要求1所述的基于PSASP的UPFC的建模方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：步骤201：UPFC的独立支路模型：将UPFC所在支路分解为UPFC支路和原线路支路，使UPFC成为独立的支路参与系统潮流计算；独立支路模型考虑了并联和串联变压器的漏抗XE、XB和等效电阻RE、RB，使模型更加精确；但该方法由于需要增加新的节点，并且需要将UPFC的内部功率约束加入到约束方程中，在PSASP中需要对于电网基础的数据进行编辑修改；采用双电压源模型仿真UPFC支路，为UPFC所在支路并联侧首节点电压；为新增加的节点电压；分别为UPFC的等效串、并联电压；RB+jXB、RE+jXE分别为等效串、并联阻抗；分别为所在支路的电流；则UPFC支路两端节点s、r的注入功率Psr+jQsr、Prs+jQrs：S·sr=Psr+jQsr=V·sIs*=V·s(I·E-I·r)*S·rs=Prs+jQrs=V·rIr*]]>UPFC的作用被等效为两端的节点注入功率，节点s、r之间不再相连；步骤202：UPFC的功率注入模型：功率注入法实际上是一种网络拓扑变换，它将线路上可调变量对系统的贡献移植到对应线路的两侧节点上，这样就可以在不修改原节点导纳阵的情况下嵌入FACTS模型，便于潮流计算，同时还能提供一种直观的方式来研究FACTS对系统的影响。利用功率注入法，忽略UPFC装置本身的损耗，可得到UPFC的功率注入模型；是安装有UPFC的线路的原始潮流，取决于线路两端节点电压rij+jxij、分别是线路ij的阻抗和对地电纳：当ij线路不含UPFC装置时线路的功率为：S·ij(L)=V·i[V·i-V·jrij+jxij+V·i(jB2)]*]]>当ij线路含UPFC装置时线路的功率为：S·ij=V&Center...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永辉，钱臻，卫志农，孙国强，臧海祥，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32