摘 要

分布式潮流控制器是柔性交流输电系统的一种新型设备，与统一潮流控制器相比具有控制灵活，成本更低的优点。随着智能电网设备的发展和大型可再生能源的接入，电力系统对电网的稳定性、可控性、经济性的要求越来越高，其应用前景十分广阔。

分布式潮流控制器摒弃了并联侧变流器和串联侧变流器之间的大电容，通过输电线路传输三次谐波电流进行有功功率的交换，其中起到潮流控制作用的主要是串联侧变流器。本文在统一潮流控制器的的工作原理基础上，对分布式潮流控制器的拓扑结构和运行方式进行了分析，重点研究了其串联侧模型以及分布式潮流控制器的串联侧控制方法。并在PSCAD电力系统暂态仿真软件中对单机无穷大双回线系统中分布式潮流控制器的运行状况进行了仿真分析，从有功无功分别发生变化时的情况进行了模拟，从而验证了分布式潮流控制器串联侧对潮流的控制能力，以及设备的稳定性、可靠性。

关键词：柔性交流输电技术；分布式潮流控制器；串联侧模型；PSCAD仿真

Abstract

As as new device of Flexible AC Transmission System,the Disributed Power Flow Controller is more flexible and economical compared with the United Power Flow Controller.Especially,with the development of smart grid and more Renewable Power acess to the power system,the requirement of the stability、controllability、economic of power system is incresing.So the DPFC will be demanded in the future market.

The Disributed Power Flow Controller elimenate the common DC link between the shunt converter and the series converter，and exchange the active power based on the third harmonic current through the transmission line.The series sides of DPFC is playing a important rloe in the control of power flow.

Based on the operating principle of United Power Flow System ,this paper analyses the topology and operating mode of DPFC. The model of series converter and the controller of DPFC is the focal point. In this paper a model of single-machine infinite system is set up,and the DPFC modeling and control are simulated in the PSCAD.The simulation consist of the power flow in the condition of active power change or positive power change.Based on the simulation the reliability and stability of the DPFC is verified.

Key words: Flexible AC Transmission System；Distributed Power Flow Controller；

Series converter modeling；PSCAD simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 背景 1

1.2 FACTS技术的发展 4

1.3 UPFC面临的问题 9

1.4本文的主要工作 10

第2章 分布式潮流控制器 11

2.1分布式潮流控制器由来 11

2.2 DPFC拓扑结构 12

2.3 DPFC的工作原理 13

2.3.1 DPFC的功率交换理论基础 13

2.3.2DPFC的工作方式 14

2.4 DPFC简化等效电路 15

2.4.1 基频电路分析 16

2.4.2 三次谐波电路分析 18

2.5 DPFC的控制范围 20

第3章 DPFC串联侧建模及控制方法 21

3.1 DPFC应用的原理 21

3.1.1电压源型变流器工作原理 21

3.1.2 SPWM脉宽调制技术 23

3.1.3 Park变换的原理 25

3.2 DPFC建模 26

3.2.1整体模型 26

3.2.2串联侧模型 27

3.3DPFC基本控制 28

3.3.1总体控制 29

3.3.2串联侧控制器 29

第4章 分布式潮流控制器运行特性仿真 33

4.1仿真系统工况 33

4.2仿真模型 34

4.3仿真结果及分析 35

4.3.1有功功率调节 35

4.3.2无功功率调节 37

第5章 总结与展望 39

5.1本文主要成果 39

5.2展望 40

参考文献 41

致谢 43

第1章 绪论

1.1 背景

电力的产生可以追溯到1882年9月，在纽约的皮埃尔大街上第一个完整的直流电力系统由爱迪生和他的电力公司制造完成，当时所用的发电机还是蒸汽式直流发电机。电力的应用还停留在简单的传输阶段，发电端直接将电能输送到用电端。随着第二次工业革命的兴起，大机器设备和大工厂如雨后春笋不断出现，工业化对电能的需求越来大，电力系统也应运而生。电力系统的发展使能源的分布更加合理，促进了社会工业化的进步，对社会发展有着重大的意义。我们的生产生活，无时无刻不需要电能的支持。截止2015年世界的电力消费总量已经达到193203亿kwh/h。根据BP公司《世界能源统计评述》，从2009年至2014年的六年间，电力消费增加了17%，而中国增加了52%，美国只增加4%。中国在2011年发电量已经超过美国，一跃成为世界上电力生产量最大国家。

图1.1 电力系统分布变化

随着社会与经济的迅速发展，电力系统作为生产生活的重要支柱也在不断地进步和扩张。以前单一的小范围的本地电网互联已经远远不能满足需求，世界上目前几乎所有的电力系统都是互联的。传输需要输电线路的互相连接，而输电网络除了传输电能这一主要任务外还具有合理分配电力资源、多元化利用负载的作用。另外近20年来，随着分布式智能电网和新能源技术的发展新设备开始接入电网，未来电网的复杂度会变得越来越高,电力系统的现状如图1.1所示。电力系统由以前单一的发电输电关系，转化为互联的输电网络，共享发电厂和输电中心，有效的利用电力资源以达到经济利益的最大化。

电力系统把电能通过传输线和分布式网络供应给用户的设备，在电网中传输的电能又叫做潮流，具体来说就是电力系统中电压电流有功和无功在电网中的分布情况。最初的电力系统是单向向住户供电的系统，由单独的发电设备向固定的用电区域输送电能。电力系统发展的初级阶段，由于只用满足局部地区的电能需求一般系统结构简单，不存在利用输电线路与邻近线路系统进行功率能量交换的情况。在这种情况下，交流系统一般很难对电力系统的快速变化作出反应，动态稳定性较差，只能通过增加稳定裕度来达到电力系统的需求。