UPFC控制器设计原理及方案_葛敏辉

UPFC控制器设计原理及 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 _葛敏辉 DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2000.06.007第24卷第6期电　网　技　术Vol.24No.6 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2000年6月PowerSystemTechnologyJun.　2000 　　文章编号:1000-3673(2000)06-0031-03 UPFC控制器设计原理及方案 葛敏辉,石松奇,周贵兴 (上海交通大学电力 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系,上海200030) CONTROLMETHODOFUPFCEQUIPMENT GEMin-hui,SHISong-qi,ZHOUGui-xing(ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China) ABSTRACT:Inthispaperamethodofcontrollingactiveandreactivepowerthroughbuslinesisputforwardbyusingthedirectcoefficientsofδandk,whicharethemodulationwave-formphaseshiftandmodulationcoefficientofthetwocon-vertsoftheUPFCrespectively.Basedonthismethod,athree-stepcontrolmethodusedbyaUPFCexperimentalde-viceisdiscussed. :UPFC;powerelectronics;PWMKEYWORDS 摘要:提出了一种利用统一潮流控制器(UPFC)两个逆变器的调制波相移W、W和调制系数k1、k2控制线路有功、无功的12 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,并就此提出一种UPFC试验装置的控制方案。关键词:统一潮流控制器;电力电子;脉宽调制中图分类号:TM723　　　文献标识码:A 一个相位和幅值可调的交流电压,以改变线路有功和无功的输送能力。图1是UPFC原理图。 图2是UPFC等效数学模型。逆变器1的输出电压为V1,相应电流为I1∠T1,V1相位超前节点电压Vi的角度为W1。逆变器2的输出电压为V2,相位超前Vi的角度为W2(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的漏抗。R1为包括逆变器1损耗和T1损耗的等效电阻,R2为包括逆变器2损耗和T2损耗的等效电阻。 1　引言 统一潮流控制器(UPFC)是一种柔性交流输电(FACTS)技术中最引人注目、最有应用价值的一种控制系统。目前,高级静止无功补偿器和可控串补技 术正逐步走向应用,UPFC装置受到当今电力电子技术的限制而处于理论研究阶段。事实表明,理论研究、试验装置和样机研制是FACTS装置走向应用的不可缺少的三个阶段。本文提出一种利用现代电力电子技术,开发UPFC试验装置的方案。目的是: (1)推导逆变器的调整参数W、k和母线有功、无功及节点电压间的关系方程组; (2)研究UPFC控制方案,解决理论研究到实际应用中的技术问题。 图2　UPFC的等效数学模型Fig.2　EqualmodelofUPFC图1　UPFC原理图Fig.1　StructureofUPFC 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2d(CUd)　　=V1I1cos(W1+Ui-T1)-dt 2+Ui-Tj)V2Ijcos(W d或　=[V1I1cos(W1+Ui-T1)-dtCUd 2　UPFC原理 UPFC由两个共用直流侧电容的逆变器构成。逆变器1通过变压器T1并联接入系统,逆变器2通过 。(1) 32 2+Ui-Tj)]V2Ijcos(W PowerSystemTechnology Vol.24No.6 (2) 方程(1)的含义是直流电容储能的变化率等于逆变 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V1I1cos(W1+Ui-T1)=V2Ijcos(W2+Ui-Tj) 方程(3)是UPFC的有功功率传递公式 并联端电流I1表达式为 i1i1i(4) R1+jX1 当不考虑逆变器损耗时,表达式可化简为 Vi∠Ui-V1∠(Ui+W1) 　　　I1∠T1=(5) jX1 V1、V2为直流电压源Ud的逆变输出,采用S- j=Vi∠Ui+V2∠(Ui+W2)　　Vj∠U(10) Pj、Qj、Vk、X为已知量,根据方程(8)、(9)可求 出Vj和Uj;已知Vi和Ui,根据方程(10),可求出V2和W2;根据方程(7),可确定Ud;根据方程(3)(5)(6),可确定W1、I1、T1和V1。这样可以确定系统的控制量为 2=P1(Pj,Qj)W 1=Q1(Ud)W (3) (11)(12) 　　　I1∠T1= 如果考虑逆变器的损耗和感抗,则图3变为图4, ′ 图3中的V2∠(Ui+W2)在图4中变为V′2∠(Ui+W2)。 2可用V2和W2代替这样,方程(8)(9)(10)中,V2和W求解。 ′ ′ PWM技术可显著降低输出谐波分量,其基波分量为 　　　　V1=k1Ud∠(Ui+W1)(6)　　　　V2=k2Ud∠(Ui+W2)(7)式中　W1、W2为调制波和i端点电压波形的相位移;k1、k2为调制系数,k=VP/VT,其中VP是调制波的峰值,VT是载波峰值。 图4　考虑UPFC损耗和感抗后的潮流示意图 　PowerflowconsideringthepowerFig.4 lossandreactanceofUPFC ′′ i+W2)=V2∠(Ui+W2)-(R2+jX2)Ij∠TjV2∠(U (13) 3　UPFC控制原理 UPFC的控制目标是维持线路有功Pj、无功Qj和节点电压Vi为设定值Pjref、Qjref和Viref。UPFC控制环节集中在两个逆变器上,而逆变器的调整参数为W1、W2、k1和k2,即有4个自由度可以调整。UPFC的控制,就是根据控制目标Pjref、Qjref和Vjref确定W1、W2、k1、k2的值。3.1　线路潮流控制 线路潮流控制需要根据潮流控制目标Pjref、 1、W2、k1、k2的值。Qjref确定W如果不考虑逆变器转换 联立方程(3)(4)(6)(7)(13)求解,已知量Vi、 ′′ i、R1、X1、R2、X2、Ij、Tj、W2和V2,未知量Ud、V1、V2、U1、W2、I1和T1。其中,方程(4)和(13)各有两个等式方W 程,共7个方程,可以求出上述7个未知量,Ud、V1、 1都是中间量,最终的控制实施目标是W1、V2、I1和T 2。W显然,考虑损耗和感抗后,方程的求解变得困难 了。 3.2　节点i的电压控制 当UPFC用于控制节点i的电压时,其作用与静止调相机类似。V2和W2都为0,则通过调整k1和W1,控制V1和W1,从而控制节点电压。 当忽略逆变器1的损耗时,系统侧吸收无功和有功为 1ii2 1-Q1=X1cosWX1P1= 此时,方程(3)变为 　　　　V1I1cos(W1+Ui-T1)=0已知i点电流为Ii∠Ti,则 Ii∠Ti=Ii∠Ti+Ij∠Tj ViIisin(Ui-Ti)+Q1=ViIjsin(Ui-Tj) (17)(18)(16) 1i sinW1=0X1 损耗和感抗,即R1、R2和X2都为0,考察图3, 则 图3　潮流计算简化图 　SimplemodelofpowerflowanalysisFig.3 (14)(15) jk j(8)UXsin 2 jjk 　　　　Qj=-cosUj(9) XX Pj和Qj为两个自由度,我们选取k1和k2为不　　　　Pj= 变值,即k1=k2=k,用W1和W2两个自由变量控制Pj和Qj,只要调制波、载波波形和幅值固定,k即为固 ji((((18)6)9 第24卷第6期电　网　技　术 1、W2、k1和k2。的控制原理,计算出相应的W 33 式约束(方程(5)和(17)各有两个约束),未知量为W1、V1、k1、Ud、I1、T1、Q1、Ij和Tj,可求出相应的k1、W1。 ′ 当考虑逆变器1损耗时用V′1和W1代替V1和W1, 4.3　三级控制方案 三级控制是设备级控制,即根据二级控制求得的W1、W2、k1和k2,在下位设备上进行PID控制。开发专用的IGBT驱动模块是实现控制的关键。我们需 则 ′1i2i′ 1-Q1=X1cosWX11i′P1=sinW1=0 X1 ′ V′1∠W1=I1∠W1+R1I1∠T1 ′ (19)(20)(21) 要控制正弦比较波形对三角波的相位差和幅值比。 为了降低逆变部分的谐波,S-PWM技术非常频繁地开断IGBT。目前,IGBT驱动模块规格基本为10kHz和40kHz两档,为了减少IGBT能耗,采用10kHz档驱动模块重新设计该系统使用的逆变电路。采用10kHz开断频率设计滤波电路,足以使谐波分量降低。为了提高UPFC控制效果,必须降低IGBT的工作能耗,这样必须采取谐振开通关断法,如零电流、零电压开通、关断法。 IGBT驱动器输入为相位调整后的母线电压波形采集值,幅值可调整的三角波发生器输出波。W和k都采用PID控制。4.4　分层控制校正 校正也分层进行。根据系统指标调整UPFC运行指标,根据指标调整控制参数,用PID控制参数的快速跟踪。 这种控制方式,反映了大系统从整体优化到局部优化的分层控制思想。 方程(5)(6)(16)(17)(18)(19)(20)和(21)含11个等式约束,未知量为W1、V1、k1、Ud、I1、T1、Q1、Ij和Tj,可求出相应的k1、W1。 3　UPFC试验装置控制器方案 应用以上原理,设计一套低压UPFC试验装置,应用于1000V母线上(上海交大动模试验室 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 )。假设电压幅值50%、相位30%可调,则装置采用1000V,50AIGBT模块。试验装置采用上位机——工控机,下位机——单片机的方案。首先应该根据逆变器输入、输出特性,建立系统模型,确定R1、R2、X1和X2的值。假如把UPFC投入到大系统运行,则其控制方案应该遵循分层控制策略。这里提出一种三层控制策略以供参考。4.1　一级控制方案 一级控制为调度级控制,即实时采集电网数据或根据上级调度部门指令,确定UPFC运行状态,即Pjref、Qjref和Vjref设定值。关于这方面,已经有人做了很多工作,可以选择一种 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法,如多目标最优化法,分析网络需求。但必须注意:UPFC的潮流控制和电压控制,必须受电力系统稳定性约束,只能是有限范围内的控制,因此必须在目标优化加权以及在约束条件中包括稳定性目标权值和稳定约束条件;考虑实际装置时,必须考虑装置的能耗,即通常采用的UPFC的有功平衡约束公式Ppq+Pkc=0已不再成立,而应是ZPpq+Pkc=0(这是考虑UPFC能耗的粗略模型),其中Ppq为并联支路输入有功,Pkc为串联支路输出有功,Z为能量转换效率。Z值对UPFC的性能有重要的影响。 4.2　二级控制方案 UPFC的二级控制方案为应用级控制,即根据一级控制的设定值Pjref、Qjref和Vjref,按照前面讲述 5　结束语 本文提出一种以UPFC逆变器调制系数k和调制波相移W为控制目标,达到控制系统潮流分布的目的的控制方法,并在这种方法的基础上提出了一种UPFC实现方案和相应分级控制的思想。当然,建立实际的UPFC装备,还需要解决很多实际问题。 参考文献: [1]　NabaviNA,IravaniMR.Steady-stateanddynamicmodelsofu-nifiedpowerflowcontroller(UPFC)forpowersystemstudies[J].IEEETransonPowerSystems,1996,11(4). [2]　章良栋,岑文辉,刘为.UPFC的模型及控制器研究[J].电力系 统自动化,1998,22(1). 收稿日期:1998-09-14;　改回日期:1999-08-30。作者简介: 葛敏辉(1974-),男,硕士研究生;石松奇(1974-),男,硕士研究生;周贵兴(1939-),男,教授。