UPFC多目标控制器设计及其对电力系统影响的研究

摘要

灵活交流输电系统(FACTS)利用大功率电力电子器件来改善电力系统输电性能，作为其典型代表——统一潮流控制器(UPFC)能够同时或分别调节传输线路的阻抗、相角和电压，从而在不影响系统稳定性的前提下，提高线路传输功率能力，改善电压质量。论文就如何实现UPFC的多目标控制这一课题在以下几个方面展开了深入研究：
　　 首先简要阐述了灵活交流输电系统的基本概念和分类，重点讨论了统一潮流控制器的结构、工作原理、动稳态数学模型以及在控制策略、物理结构及其装置研制和应用等方面的研究现状。
　　 其次，使用传统的比例-积分(PI)控制策略，分别对UPFC的串、并联两侧进行控制器设计。串联侧等效注入电压的横分量用来控制线路有功功率，纵分量用来控制线路的无功功率；并联侧等效注入电流的横分量用来控制接入节点电压幅值，纵分量用来控制UPFC公用直流电容电压。利用MATLAB软件编程对含UPFC的单机无穷大系统进行潮流调节和暂态稳定的仿真。仿真结果表明UPFC具有快速调节线路有功、无功潮流，稳定接入点母线电压和提高系统暂态稳定性的功能。
　　 接着，综述目前研究UPFC安装位置的常用方法。利用线路有功潮流性能指数的概念，由UPFC控制参数对输电线路有功过负荷能力产生影响的灵敏度因子来确定UPFC的最佳安装位置；以经济收益最大为目标来确定UPFC的容量。将该方法用于分析IEEE14节点中UPFC安装位置和容量大小，与常用的优化算法相比，该方法更为简单，效率更高。
　　 最后，将UPFC的多目标控制器的设计问题转化为一个多目标优化问题，采用量子遗传算法优化控制器参数。为验证算法的有效性，与传统的遗传算法比较，对测试函数的仿真结果表明，量子遗传算法具有种群小、快速收敛的优点。对所设计的控制器进行时域仿真，验证UPFC的多目标控制功能。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

1绪论

1.1研究的目的和意义

1.2灵活交流输电系统(FACTS)概述

1.2.1 FACTS的基本概念

1.2.2 FACTS的分类

1.2.3典型的FACTS技术

1.3统一潮流控制器(UPFC)的发展及研究现状

1.3.1 UPFC的基本概念

1.3.2 UPFC的研究现状

1.4论文的主要工作

2 UPFC工作原理与数学模型

2.1 UPFC工作原理

2.1.1并联换流器工作原理

2.1.1串联换流器工作原理

2.2 UPFC数学模型

2.2.1 UPFC稳态模型

2.2.2 UPFC暂态模型

2.3含有UPFC的多机电力系统的数学模型

2.3.1发电机3阶动态模型

2.3.2网络方程

2.4本章小结

3含UPFC的单机无穷大系统的仿真研究

3.1 UPFC的控制策略

3.1.1 UPFC串联侧控制策略

3.1.2 UPFC并联侧控制策略

3.2 UPFC潮流控制特性仿真

3.3 UPFC暂态特性仿真

3.4本章小结

4多机系统中UPFC装置选址和定容的研究

4.1 UPFC选址

4.1.1 UPFC潮流控制灵敏度因子

4.1.2算例分析

4.2 UPFC定容

4.2.1 UPFC定容原理

4.2.2 UPFC投资费用与收益的函数

4.2.3算例分析

4.3本章小结

5基于量子遗传算法的UPFC多目标控制器设计

5.1量子遗传算法

5.1.1基本原理

5.1.2量子遗传算法流程

5.1.3量子遗传算法的改进

5.1.4仿真算例

5.2 UPFC多目标控制器设计

5.2.1 UPFC控制器安排

5.2.2多目标优化问题的表述

5.2.3控制器参数确定

5.2.4对电力系统性能的影响

5.3本章小结

6结论与展望

致谢

参考文献

附录