本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真建模技術(shù)，特別是涉及一種upfc接入系統(tǒng)的方法、upfc五節(jié)點(diǎn)功率注入模型及潮流計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

統(tǒng)一潮流控制器(unifiedpowerflowcontroller，upfc)作為功能最強(qiáng)大的柔性交流輸電系統(tǒng)(flexibleactransmissionsystem，facts)裝置，能同時(shí)對(duì)輸電線路的電壓、相角和阻抗和母線電壓進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)與控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償功能，可以靈活快速地對(duì)輸電線路中的潮流進(jìn)行調(diào)控。

upfc建模是研究upfc潮流控制的基礎(chǔ)，目前，對(duì)含upfc的系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，常采用等效功率注入法，功率注入模型將upfc對(duì)系統(tǒng)的影響等效到對(duì)應(yīng)線路的兩側(cè)節(jié)點(diǎn)上，在不修改原來節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣的情況下嵌入upfc模型，最大限度地利用傳統(tǒng)潮流計(jì)算中雅克比矩陣形成的公式和經(jīng)驗(yàn)。

盡管目前upfc理論研究比較豐富，但真正投入實(shí)際運(yùn)行的upfc工程僅有四個(gè)，南京西環(huán)網(wǎng)統(tǒng)一潮流控制器示范工程(南京upfc工程)是國內(nèi)第一個(gè)、世界第四個(gè)upfc工程。以南京upfc工程為例，根據(jù)綜合實(shí)際考慮，upfc采用特殊的安裝方式，upfc兩臺(tái)串聯(lián)側(cè)變壓器安裝在鐵北-曉莊雙回線路的鐵北側(cè)；鐵北220kv節(jié)點(diǎn)附近有220kv燕子磯主變，考慮到upfc安裝的區(qū)域南京西環(huán)網(wǎng)在近遠(yuǎn)期對(duì)無功補(bǔ)償?shù)男枨缶淮螅瑄pfc并聯(lián)側(cè)的主要功能是補(bǔ)償串聯(lián)側(cè)的與線路交換的有功功率，upfc并聯(lián)側(cè)接入燕子磯主變的35kv母線，以節(jié)省并聯(lián)側(cè)換流變的投資，同時(shí)能提高燕子磯節(jié)點(diǎn)電壓水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷的upfc接入系統(tǒng)的方法、upfc五節(jié)點(diǎn)功率注入模型及潮流計(jì)算方法。

技術(shù)方案：為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的upfc接入系統(tǒng)的方法，將并聯(lián)換流器通過并聯(lián)耦合變壓器tsh與節(jié)點(diǎn)k相連，節(jié)點(diǎn)k通過變電站變壓器t進(jìn)行升壓，接入到串聯(lián)側(cè)線路母線上，第一串聯(lián)換流器通過第一串聯(lián)耦合變壓器tse1連接在第一回線路i1j1上，第二串聯(lián)換流器通過第二串聯(lián)耦合變壓器tse2連接在第二回線路i2j2上，第一串聯(lián)換流器和第二串聯(lián)換流器均連接直流電容c1兩端，且第一串聯(lián)換流器和第二串聯(lián)換流器均耦合連接并聯(lián)換流器。

采用本發(fā)明所述的upfc接入系統(tǒng)的方法的upfc五節(jié)點(diǎn)功率注入模型，upfc的輸入信息分別為：節(jié)點(diǎn)i1、i2、j1、j2、k的電壓幅值vk和相角θk，受控線路i1j1的有功功率和無功功率受控線路i2j2的有功功率和無功功率upfc的輸出信息為節(jié)點(diǎn)i1、i2、j1、j2、k的注入有功功率pks和注入無功功率qks；upfc控制目標(biāo)為受控線路潮流以及節(jié)點(diǎn)電壓各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系如式(1)—(10)所示：

qks＝vkiq(10)

其中，為第一串聯(lián)耦合變壓器tse1的理想電壓源電壓與電抗壓降合成得到的電壓相角，為第一串聯(lián)耦合變壓器tse1的理想電壓源電壓與電抗壓降合成得到的電壓幅值，為第二串聯(lián)耦合變壓器tse2的理想電壓源電壓與電抗壓降合成得到的電壓相角，為第二串聯(lián)耦合變壓器tse2的理想電壓源電壓與電抗壓降合成得到的電壓幅值，如式(11)和(12)所示，gij、bij、bcij分別為線路上的電導(dǎo)、電納和對(duì)地電納，iq為相對(duì)于節(jié)點(diǎn)k電壓的無功分量；為并聯(lián)側(cè)流入節(jié)點(diǎn)k的電流，也即并聯(lián)側(cè)輸出電流；

其中，為第一串聯(lián)耦合變壓器tse1的理想電壓源的電壓幅值，為第一串聯(lián)耦合變壓器tse1的理想電壓源的電壓相角，為第一串聯(lián)耦合變壓器tse1的理想電壓源的電抗，為第一回線路i1j1所在支路的電流，為第二串聯(lián)耦合變壓器tse2的理想電壓源的電壓幅值，為第二串聯(lián)耦合變壓器tse2的理想電壓源的電壓相角，為第二串聯(lián)耦合變壓器tse2的理想電壓源的電抗，為第二回線路i2j2所在支路的電流；

vsh為并聯(lián)耦合變壓器tsh的理想電壓源的電壓幅值，θsh為并聯(lián)耦合變壓器tsh的理想電壓源的電壓相角，xsh為并聯(lián)耦合變壓器tsh的理想電壓源的電抗，并聯(lián)側(cè)電壓源vsh∠θsh和并聯(lián)側(cè)輸出電流的關(guān)系如下：

本發(fā)明所述的upfc五節(jié)點(diǎn)功率注入模型的潮流計(jì)算方法，包括以下步驟：

(1)未加入upfc，進(jìn)行初始條件下潮流計(jì)算；

(2)從數(shù)據(jù)接口讀取upfc的輸入信息，錄入upfc的控制目標(biāo)；根據(jù)初始潮流計(jì)算的自然潮流值和upfc控制目標(biāo)中設(shè)置的線路潮流得到節(jié)點(diǎn)j1和j2的注入功率，即得到根據(jù)式(5)—式(8)，計(jì)算得出v′se1、θ′se1和v′se2、θ′se2；再根據(jù)式(1)—式(4)和式(9)，計(jì)算得到輸出信息pks；

(3)通過得到的輸出值計(jì)算新的狀態(tài)變量和

(4)再獲取新的輸入信息，判斷新的狀態(tài)變量是否收斂；若不收斂，回到步驟(2)；若收斂，則根據(jù)輸出值和式(11)—式(12)計(jì)算出upfc串聯(lián)側(cè)控制量vse1，θse1，vse2，θse2，根據(jù)式(10)計(jì)算出節(jié)點(diǎn)k的無功功率qks；

(5)通過式(13)求出并聯(lián)側(cè)控制量vsh和θsh。

有益效果：本發(fā)明中的upfc五節(jié)點(diǎn)功率注入模型，在串聯(lián)側(cè)方面，該upfc模型可以對(duì)串聯(lián)側(cè)兩回輸電線路分開實(shí)現(xiàn)潮流控制，可以實(shí)現(xiàn)n-1故障下單回線路的斷面潮流控制；在并聯(lián)側(cè)方面，該模型并聯(lián)側(cè)接入低壓側(cè)，提高了接入節(jié)點(diǎn)電壓水平，且能夠體現(xiàn)并聯(lián)側(cè)節(jié)點(diǎn)及其后續(xù)線路的影響；兩個(gè)串聯(lián)側(cè)共用一個(gè)并聯(lián)側(cè)換流器，且換流器連接在低壓母線節(jié)點(diǎn)上，減少了投資。同時(shí)，在實(shí)際仿真運(yùn)行中，采用本發(fā)明中的模型，可以更加準(zhǔn)確地評(píng)估實(shí)際工程中upfc的控制能力，可信度和準(zhǔn)確度更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中南京upfc工程中的upfc實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式提出的接入系統(tǒng)的upfc結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式的upfc五節(jié)點(diǎn)模型等值電路；

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式的upfc五節(jié)點(diǎn)功率注入模型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。

本具體實(shí)施方式公開了一種upfc接入系統(tǒng)的方法，將并聯(lián)換流器1通過并聯(lián)耦合變壓器tsh與節(jié)點(diǎn)k相連，節(jié)點(diǎn)k通過變電站變壓器t進(jìn)行升壓，接入到串聯(lián)側(cè)線路母線上，第一串聯(lián)換流器2通過第一串聯(lián)耦合變壓器tse1連接在第一回線路i1j1上，第二串聯(lián)換流器3通過第二串聯(lián)耦合變壓器tse2連接在第二回線路i2j2上，第一串聯(lián)換流器2和第二串聯(lián)換流器3均連接直流電容c1兩端，且第一串聯(lián)換流器2和第二串聯(lián)換流器3均耦合連接并聯(lián)換流器1。

采用upfc接入系統(tǒng)的方法建立的upfc五節(jié)點(diǎn)功率注入模型如圖4所示，為：節(jié)點(diǎn)i1、i2、j1、j2、k的電壓幅值vk和相角θk，受控線路i1j1的有功功率和無功功率受控線路i2j2的有功功率和無功功率upfc的輸出信息為節(jié)點(diǎn)i1、i2、j1、j2、k的注入有功功率pks和注入無功功率qks；upfc控制目標(biāo)為受控線路潮流以及節(jié)點(diǎn)電壓各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系如式(1)—(10)所示：

qks＝vkiq(10)

其中，為第一串聯(lián)耦合變壓器tse1的理想電壓源電壓與電抗壓降合成得到的電壓相角，為第一串聯(lián)耦合變壓器tse1的理想電壓源電壓與電抗壓降合成得到的電壓幅值，為第二串聯(lián)耦合變壓器tse2的理想電壓源電壓與電抗壓降合成得到的電壓相角，為第二串聯(lián)耦合變壓器tse2的理想電壓源電壓與電抗壓降合成得到的電壓幅值，如式(11)和(12)所示，gij、bij、bcij分別為線路上的電導(dǎo)、電納和對(duì)地電納，iq為相對(duì)于節(jié)點(diǎn)k電壓的無功分量；為并聯(lián)側(cè)流入節(jié)點(diǎn)k的電流，也即并聯(lián)側(cè)輸出電流；

其中，為第一串聯(lián)耦合變壓器tse1的理想電壓源電壓的幅值，為第一串聯(lián)耦合變壓器tse1的理想電壓源電壓的相角，為第一串聯(lián)耦合變壓器tse1的理想電壓源電壓的電抗，為第一回線路i1j1所在支路的電流，為第二串聯(lián)耦合變壓器tse2的理想電壓源電壓的幅值，為第二串聯(lián)耦合變壓器tse2的理想電壓源電壓的相角，為第二串聯(lián)耦合變壓器tse2的理想電壓源電壓的電抗，為第二回線路i2j2所在支路的電流。

vsh為并聯(lián)耦合變壓器tsh的理想電壓源的電壓幅值，θsh為并聯(lián)耦合變壓器tsh的理想電壓源的電壓相角，xsh為并聯(lián)耦合變壓器tsh的理想電壓源的電抗，并聯(lián)側(cè)電壓源vsh∠θsh和并聯(lián)側(cè)輸出電流的關(guān)系如下：

圖3為upfc五節(jié)點(diǎn)模型等值電路。

加入upfc的線路潮流為線路自然潮流為j1、j2的注入功率為其中，加入upfc后的線路潮流、線路自然潮流和j1、j2的注入功率有如下關(guān)系：

設(shè)定串聯(lián)側(cè)兩回線路i1j1和i2j2的潮流控制值分別為pref1、qref1和pref2、qref2，可將pref1、qref1、pref2、qref2分別替換替換中的并求出j1、j2側(cè)節(jié)點(diǎn)的注入功率由于一般情況下節(jié)點(diǎn)i1、i2的電壓幅值存在關(guān)系：且vi與upfc并聯(lián)側(cè)注入的無功功率qks有直接關(guān)系，故采用pi控制作為upfc并聯(lián)側(cè)的無功注入功率控制規(guī)律，表示為：

其中kp、ki分別為母線電壓控制的比例、積分系數(shù)；vref為i節(jié)點(diǎn)電壓vi的設(shè)定值。

其收斂條件為：

式中，ε為收斂精度。

upfc五節(jié)點(diǎn)功率注入模型的潮流計(jì)算方法，包括以下步驟：

(1)未加入upfc，進(jìn)行初始條件下潮流計(jì)算；

(2)從數(shù)據(jù)接口讀取upfc的輸入信息，錄入upfc的控制目標(biāo)；根據(jù)初始潮流計(jì)算的自然潮流值和upfc控制目標(biāo)中設(shè)置的線路潮流得到節(jié)點(diǎn)j1和j2的注入功率，也即得到根據(jù)式(5)—式(8)，計(jì)算得出v′se1、θ′se1和v′se2、θ′se2；再根據(jù)式(1)—式(4)和式(9)，計(jì)算得到輸出信息pks；

(3)通過得到的輸出值計(jì)算新的狀態(tài)變量和

(4)再獲取新的輸入信息，判斷新的狀態(tài)變量是否收斂；若不收斂，回到步驟(2)；若收斂，則根據(jù)輸出值和式(11)—式(12)計(jì)算出upfc串聯(lián)側(cè)控制量vse1，θse1，vse2，θse2，根據(jù)式(10)計(jì)算出節(jié)點(diǎn)k的無功功率qks；

(5)通過式(13)求出并聯(lián)側(cè)控制量vsh和θsh。

下面以南京upfc工程2015年冬季運(yùn)行系統(tǒng)為實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

圖1為南京upfc工程中的upfc實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在psasp/ud仿真軟件中搭建如圖2所示的upfc五節(jié)點(diǎn)功率注入模型。設(shè)置upfc串聯(lián)側(cè)耦合變壓器注入電壓最大值vsemax＝0.115p.u.，串聯(lián)側(cè)耦合變壓器內(nèi)電抗xse1＝xse2＝0.0037p.u.，并聯(lián)側(cè)換流變壓器內(nèi)電抗xsh＝0.004p.u.，并聯(lián)側(cè)耦合變壓器注入電流最大值ishmax＝2.0p.u.。pi控制器參數(shù)為：kp＝1，ki＝1。燕子磯變內(nèi)電抗xt＝0.0887p.u.。

實(shí)例為南京upfc工程2015年冬季運(yùn)行系統(tǒng)。未安裝upfc時(shí)，鐵北-曉莊斷面潮流即upfc串聯(lián)側(cè)線路自然潮流為pline＝3.692p.u.，qline＝-0.2973p.u.，母線鐵北處的電壓vs＝1.000p.u.。

實(shí)例在安裝upfc五節(jié)點(diǎn)功率注入模型后，設(shè)置upfc的有功功率控制目標(biāo)在不同數(shù)值，其中控制無功功率維持原值，控制精度為10^-3。仿真可以得到鐵北-曉莊線路(upfc串聯(lián)側(cè))、鐵北-燕子磯線路(upfc并聯(lián)側(cè))電流和線路潮流控制結(jié)果，如表1所示，可以看出，該upfc模型可以將控制目標(biāo)控制在指定值，從而實(shí)現(xiàn)upfc在系統(tǒng)中的潮流控制功能。

表1