一种基于UPFC的交流母线电压调节方法技术

本发明专利技术公开了一种基于UPFC的交流母线电压调节方法，其首先通过计算电网中各交流母线电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值变化的敏感度，确定受监控保护的母线集合；然后在电网运行过程中监测母线集合中交流电压的幅值，当监测到交流电压越限时，通过本发明专利技术控制策略能够自动调节UPFC串联侧无功潮流设定值，将交流电压控制在安全稳定运行范围内。本发明专利技术电压调节策略可以自动解决由于故障或负荷波动带来的电压越限问题，增强了电网运行的安全性，对于UPFC的工程应用以及电网安全稳定运行具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于UPFC的交流母线电压调节方法
本专利技术属于电力系统柔性输配电
，具体涉及一种基于UPFC的交流母线电压调节方法。
技术介绍
电压稳定是电力系统安全稳定运行的一个重要方面，母线电压幅值与其标称值之间的偏差也是反映电能质量的一个重要指标。随着电网负荷水平的持续攀升、新能源的大量接入，电压越限问题成为影响电网安全稳定运行和负荷供电质量的主要因素之一。柔性交流输电(FlexibleACTransmissionSystem，FACTS)技术的出现为实现电网电压调节提供了新的手段。在已有文献中，电压调节问题通常是通过并联无功补偿装置或滤波装置实现。技术上，作为最新一代的FACTS装置，统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController，UPFC)的串联侧装置具有调节线路无功潮流的作用，因此也具有调节电网电压的能力。已有文献指出，分别利用串联补偿装置(UPFC串联侧换流器)和并联补偿装置(静止同步无功补偿器)实现相同的电压调节目标，串联补偿装置所需的安装容量要远小于并联补偿装置。如图1所示，UPFC由两个背靠背的电压源换流器构成，两个背靠背的换流器共用直流母线和直流电容，二者都通过换流变压器接入系统，其中变流器2的换流变压器以串联形式接入。有功功率可以在两个变流器之间在任一方向自由流动，每个变流器的交流输出端也可独立地产生或吸收无功功率。UPFC中变流器2的功能是通过串联变压器给线路注入幅值和相角均可控的电压向量；变流器1的主要功能是提供或吸收变流器2在公共直流母线上所需要的有功功率，以维持串联注入电压与线路之间的有功功率交换。在输电网中，UPFC通常运行在有功/无功潮流控制模式，即通过调节串联变压器注入电压向量的幅值和相角将线路有功/无功潮流控制在设定值。在正常运行时，有功/无功潮流的精确控制可以实现电网潮流分布的改善、运行指标的优化。然而，当电网运行电压越限，尤其是由于突发故障导致电压越限时，若仍将有功/无功潮流控制在设定值，将导致UPFC安装线路两端系统之间的无功支撑能力受限，不利于电网电压分布的优化。因此，制定一套基于UPFC的交流母线电压调节策略，在必要时自动改变UPFC串联侧换流器的无功设定值，增强UPFC安装线路两端系统的电压支撑能力，对电网安全稳定运行是十分有必要的。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种基于UPFC的交流母线电压调节方法，该方法只在交流母线电压越限时动作，在电网运行过程中监测交流电压的幅值，当交流电压越限时能够自动调节UPFC串联侧无功潮流设定值，将交流电压控制在安全稳定运行范围内，增强了电网运行的安全性。一种基于UPFC的交流母线电压调节方法，包括如下步骤：(1)通过计算电力系统中各母线节点电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值Q0*变化的敏感度，确定所要监控保护的母线集合Λ；(2)根据母线集合Λ中各母线节点的电压幅值确定电压越限偏差信号ΔR；当检测到ΔR≠0即系统有母线电压越限时，通过电压调节控制器生成UPFC串联侧换流器无功潮流设定值Q0*的调节信号ΔQ；(3)使调节信号ΔQ与无功潮流设定值Q0*相加后得到UPFC串联侧换流器最终的无功潮流设定值Q*，将其作为UPFC串联侧换流器潮流控制模块的无功参考值并进行控制，以实现对系统母线节点电压调节。所述步骤(1)中对于系统中的任一母线节点，若该母线节点的编号为m，则该母线节点电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值Q0*变化的敏感度为Zm的虚部，Zm＝Zmx-Zmy，Zmx为矩阵Z中第m行第x列元素，Zmy为矩阵Z中第m行第y列元素，x和y分别为UPFC安装所在线路两端母线节点的编号，矩阵Z为系统节点导纳矩阵的逆矩阵。所述步骤(1)中对于系统中的任一母线节点，若该母线节点电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值Q0*变化的敏感度为Xm且|Xm|＞Xset，则将该母线节点选入母线集合Λ中，Xset为给定的阈值参数。所述步骤(2)中通过以下公式确定电压越限偏差信号ΔR：ΔRi＝max(Vi-Vi,max,0)+min(Vi-Vi,min,0)其中：i为母线集合Λ中的任一母线节点，Vi为母线节点i的电压幅值，Vi,max和Vi,min分别为母线节点i运行电压的上限值和下限值，Xi为母线节点i电压幅值Vi对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值Q0*变化的敏感度。所述步骤(2)中的电压调节控制器基于以下传递函数：其中：Ka为给定的积分系数，D为给定的下垂控制系数，s为拉普拉斯算子。本专利技术通过计算电网中各交流母线电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值变化的敏感度，确定受监控保护的母线集合；在电网运行过程中监测集合中交流母线的电压幅值，当监测到交流电压越限时，本专利技术能够自动调节UPFC串联侧无功潮流设定值，将交流电压控制在安全稳定运行范围内。同时，本专利技术可以自动解决由于故障或负荷波动带来的电压越限问题，增强了电网运行的安全性，对于UPFC的工程应用以及电网安全稳定运行具有重要意义。附图说明图1为统一潮流控制器UPFC的结构示意图。图2为含UPFC电力系统的结构示意图。图3为电压调节控制器的结构示意图。图4为IEEE39节点系统的结构示意图。图5为母线15电压幅值的波形示意图。图6为UPFC串联侧换流器无功潮流设定值的波形示意图。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术基于UPFC的交流母线电压调节策略，包括如下步骤：(1)通过计算电网中各交流母线电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值变化的敏感度，确定受电压调节策略监控并保护的母线集合Λ。交流母线电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值变化的敏感度计算方法如下：对于一个含有a条交流母线的电力系统，UPFC安装线路编号为线路1，两端所连母线编号为母线1和2，如图2所示。矩阵Zn为电网络节点导纳矩阵的逆矩阵，其第i行第j列元素为Zij(i,j＝1,2,…,a)。根据电网络理论可得，母线m电压相量对UPFC安装线路电流变化的灵敏程度可以用Zm刻画，Zm的计算公式为：Zm＝Zm2-Zm1A1在实际输电网中，架空线路电阻的值远小于其电抗值，相比于虚部，Zm的实部可以忽略。同时，UPFC安装线路附近交流母线的电压相量相角都比较接近，幅值都在1.0pu附近。在此条件下，母线m(m＝1,2,…,a)电压幅值Vm的变化量与UPFC串联侧换流器的无功设定值Q*变化量的关系为：ΔVm＝XmΔQ*其中，Xm为Zm的虚部，取Xm为母线m电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值变化的敏感系数，Xm的值反映了交流母线电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值变化的敏感度。集合Λ的确定方法如下：敏感系数Xm是决定电压调节策略对母线m电压调节能力大小的关键指标，因此将Xm选为电压调节策略的控制敏感度指标。由于集合Λ被定义为受电压调节策略监控并保护的母线集合，集合中包含的母线应该是对串联侧换流器的无功设定值变化较为敏感的交流母线。Xset为给定的阈值参数，集合Λ的确定原则如下：当|Xm|＞Xset时，母线m被选入集合Λ。(2)在电网运行过程中监测母线集合Λ中交流母线的电压幅值，得到电压越限偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于UPFC的交流母线电压调节方法，包括如下步骤：(1)通过计算电力系统中各母线节点电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值Q

【技术特征摘要】
1.一种基于UPFC的交流母线电压调节方法，包括如下步骤：(1)通过计算电力系统中各母线节点电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值Q0*变化的敏感度，确定所要监控保护的母线集合Λ；(2)根据母线集合Λ中各母线节点的电压幅值确定电压越限偏差信号ΔR；当检测到ΔR≠0即系统有母线电压越限时，通过电压调节控制器生成UPFC串联侧换流器无功潮流设定值Q0*的调节信号ΔQ；(3)使调节信号ΔQ与无功潮流设定值Q0*相加后得到UPFC串联侧换流器最终的无功潮流设定值Q*，将其作为UPFC串联侧换流器潮流控制模块的无功参考值并进行控制，以实现对系统母线节点电压调节。2.根据权利要求1所述的交流母线电压调节方法，其特征在于：所述步骤(1)中对于系统中的任一母线节点，若该母线节点的编号为m，则该母线节点电压幅值对UPFC串联侧换流器无功潮流设定值Q0*变化的敏感度为Zm的虚部，Zm＝Zmx-Zmy，Zmx为矩阵Z中第m行第x列元素，Zmy为矩阵Z中第m行第y列元素，x和y分别为UPFC安装所在线路两端母线节点的编号，矩阵Z为系统节点导纳矩阵的逆矩阵。3.根据权利要求1所述的交流母线电压调节方法，其特征在于：所述步骤(1)中对于系统中的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，蔡晖，徐政，宋鹏程，吴强，朱寰，汪惟源，窦飞，高骞，黄河，高松，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司，国网江苏省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32