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基于变结构控制的统一潮流控制器控制策略研究

邓大磊  
【摘要】:柔性交流输电系统(flexible AC transmission ststem, FACTS)装置无需机组重新调度也无需改变网络拓扑就能实现电网参数的柔性调节,优化电网潮流分布,充分挖掘现有设备的输电潜力,降低电网运行风险。统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)作为潮流调节能力较强的一种混合型FACTS装置,其对输电线路具有灵活的调节能力。本文在介绍柔性交流输电的发展及所取得成果的基础上,详细阐述了UPFC的理论研究和应用现状,分析了UPFC的工作特性。本文主要进行了以下三个方面的工作: 首先,针对UPFC在同步旋转dq坐标系下的数学模型仍具有强耦合、非线性的特性,通过对该模型增加一次从dq到αβ的坐标变换实现系统模型的完全解耦。在此解耦模型的基础上采用变结构控制原理对UPFC进行控制器的设计,实现了UPFC稳定母线电压和调节输电线路潮流的功能。 其次,在对含UPFC的单机无穷大系统工作机理进行研究分析的基础上,将UPFC等效为可控电流源和可控电压源,建立了考虑发电机励磁系统和汽门调节系统的含UPFC的单机无穷大系统7阶非线性数学模型。采用逆系统方法对该非线性模型实现解耦线性化。在此解耦模型的基础上,利用变结构控制原理为解耦后的模型设计控制器,实现了在单机系统中UPFC抑制系统振荡,维持发电机功角、频率、并联侧接入点电压稳定及稳定线路传输有功功率的功能。 最后,通过UPFC串联变流器来实现静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator, SSSC)的功能。考虑到SSSC交流侧电压幅值和相角以及直流侧电容电压的动态调节过程,在dq坐标系下建立了SSSC的非线性数学模型,针对这一模型,本文采用精确线性化方法将原系统模型转化为线性系统并应用变结构控制设计SSSC的控制器,实现了SSSC提高电网输电能力的性能。


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