简介

本节通过实例说明了的应用Simscape™电气™专门研究电力系统稳态和动态性能的软件UPFC (unified power flow controller)是一种统一潮流控制器，用于缓解输电系统的电力拥塞。

如果您不熟悉UPFC，请参阅参考页统一潮流控制器(相量型)块。

电源系统描述

所建立的电力系统单线图如图所示500千伏/ 230千伏输电系统．

UPFC用于控制500kv / 230kv输电系统的潮流。该系统以环路形式连接，主要由5根母线(B1至B5)组成，通过三条传输线(L1、L2、L3)和两个500千伏/230千伏变压器组Tr1和Tr2相互连接。位于230千伏系统上的两个发电厂共产生1500兆瓦，传输到500千伏，15000 MVA当量，并连接到总线B3的200兆瓦负载。每个电厂模型包括一个速度调节器，一个励磁系统和一个电力系统稳定器(PSS)。在正常运行情况下，2号电厂的1200mw发电能力大部分通过连接在B4和B5母线之间的两台400mva变压器输出到500kv当量。对于这个例子，我们考虑的是一个偶发情况，三个变压器中只有两个可用(Tr2= 2*400 MVA = 800 MVA)。负载流显示，2号厂产生的大部分电力通过800mva变压器组传输(1000mw中的899mw)，其中96mw在回路中循环。变压器Tr2因此过载99 MVA。该示例说明了UPFC如何缓解这种电源拥塞。位于线路L2右端的UPFC用于控制500kv总线B3上的有功功率和无功功率，以及总线B_UPFC上的电压。 The UPFC consists of two 100 MVA, IGBT-based, converters (one shunt converter and one series converter interconnected through a DC bus). The series converter can inject a maximum of 10% of nominal line-to-ground voltage (28.87 kV) in series with line L2.

此示例可在power_upfc模型。加载此模型并将其保存到您的工作目录为例2允许对原始系统进行进一步修改。

的机器初始化工具Powergui该模型已初始化，1号和2号工厂分别发电500兆瓦和1000兆瓦，UPFC停止服务(旁路断路器关闭)。在B1到B5总线上获得的最终功率流在模型上用红色数字表示。此潮流对应于单线图中所示的潮流500千伏/ 230千伏输电系统．

潮流控制与UPFC

UPFC参数在对话框中给出。在功率数据参数中验证串联转换器的额定电压为100 MVA，最大电压注入为0.1 pu。分流变换器的额定电压也为100 MVA。还要在控制参数中验证，并联变换器是否处于电压调节模式，串联变换器是否处于潮流控制模式。UPFC参考有功功率和无功功率设置在标记为Pref(pu)和Qref(pu)的洋红色块中。最初旁路断路器关闭，在总线B3处产生的自然功率流为587 MW和-27 Mvar。Pref组的初始有功功率为5.87 pu，与自然潮流相对应。然后，在t=10s时，Pref增加了1 pu (100 MW)，从5.87 pu增加到6.87 pu，而Qref保持在-0.27 pu不变。

运行模拟并查看UPFC范围，在总线B3处测量的P和Q如何遵循参考值。波形重现如下。

t= 5s时，当旁路开关打开时，自然电从旁路开关分流到UPFC系列支路，无明显暂态。在t=10 s时，功率以1 pu/s的速率增加。功率增加到687兆瓦只需要1秒。总线B3的有功功率增加了100兆瓦，这是通过注入0.089 pu的94度角串联电压实现的。这导致流经Tr2的有功功率减少了约100兆瓦(从899兆瓦减少到796兆瓦)，现在可以承受可接受的负载。查看VPQ线范围内B1到B5总线上有功功率的变化。

UPFC P-Q可控区域

现在，打开UPFC对话框并选择显示控制参数(串联转换器)。选择模式操作=手动电压注入。在这种控制模式下，串联逆变器产生的电压由两个外部信号Vd控制，Vq在Vdqref输入端复用，并在Vdqref洋红色块中产生。前5秒旁路断路器保持关闭状态，使PQ轨迹保持在(-27Mvar, 587 MW)点。然后，当断路器打开时，注入串联电压的幅度逐渐增大，从0.0094到0.1 pu。在10秒时，注入电压的角度开始以45度/秒的速率变化。

运行模拟，并在UPFC范围内观察P和Q信号，它们随注入电压的相位变化而变化。在模拟结束时，双击标记为“双击绘制UPFC可控区域”的蓝色块。UPFC无功功率作为其有功功率函数的轨迹，在总线B3处测量，如下所示。位于椭圆内的区域代表UPFC可控区域。

基于PST的潮流控制

虽然不像UPFC那样灵活，但是移相变压器(PST)是一种非常有效的方法来控制潮流，因为它直接作用于相位角δ，如图所示无PST和有PST两种电压源之间的功率传输．PST是电网中最常用的控制潮流的设备。

现在，您将使用带负载分接开关(OLTC)的PST来控制电力系统上的功率流。使用delta六方连接的PST相量模型是可用的Simscape>电>专用电力系统>电网元件图书馆。有关此PST连接的详细信息，请参阅delta -六方相量型三相OLTC移相变压器块引用页。

删除模型中的UPFC块以及控制UPFC的洋红色块。还要删除UPFC measurement子系统和UPFC范围。添加delta -六方相量型三相OLTC移相变压器从Simscape>电>专用电力系统>电网元件库放入模型中。ABC端子连接到B_UPFC总线，ABC端子连接到B3总线。现在，打开PST块对话框，修改以下参数:

标称功率设置为800mva(通过PST传输的最大期望功率)。轻拍的次数设置为20，因此相移分辨率约为每步60/20 = 3度。

在电力系统中，B_UPFC到B3的自然潮流(不含PST)为P=+587 MW。如果v1和V2在无PST和有PST两种电压源之间的功率传输分别为B_UPFC和B3连接系统的内部电压，表示式1的角δ为正。因此，由式2可知，要使B_UPFC到B3的潮流增大，abc端子相对于abc端子的PST相移Ψ也必须为正。对于这种类型的PST，丝锥必须朝负方向移动。这是通过发送脉冲到PST分接开关的Down输入来实现的。

抽头位置通过向向上输入或向下输入发送脉冲来控制。在我们的例子中，由于我们需要将相移从零增加到正值，我们必须向向下输入发送脉冲。复制一个脉冲发生器块，并连接到PST的Down输入。打开块对话框，修改如下参数:

因此，每5秒水龙头将向负方向移动一步，相移将增加大约3度。

最后，连接总线选择器块到PST的测量输出m。打开它的对话框，选择以下两个信号:

将这两个信号连接到一个双输入示波器，在模拟过程中观察抽头位置和相移。设置仿真时间为25S并开始模拟。

在VPQ线路范围内，观察B1到B5总线上的电压以及通过这些总线的有功和无功功率传输。分接位置变化、PST相移Ψ和通过总线B3 (PST供电)和B4(变压器Tr2供电)的有功功率传输在下图中再现。

每一次开关变化都会产生大约3度的相位角变化，从而通过B3增加60兆瓦的功率。在水龙头位置-2，通过变压器Tr2的功率从900mw下降到775mw，从而实现了与UPFC相同的稳态控制目标。通过增加OLTC的开关数，可以在相位角和功率步长方面获得更好的分辨率。

你可以注意到，相位角的离散变化在有功功率中产生了超调和轻微的振荡。这些功率振荡是1号和2号电厂机器的典型区域间机电振荡，它们被连接在励磁系统上的电力系统稳定器(pss)迅速抑制。

如果你将PSS从励磁系统的vstab输入断开(位于电厂的Reg_M1和Reg_M2子系统)，你会意识到PSS对区域间振荡阻尼的影响。有和没有PSS通过B3的有功功率如下所示。没有PSS, 1.2 Hz的阻尼功率振荡显然是不可接受的。