摘 要

统一潮流控制器(UPFC)是柔性交流输电系统（FACTS）家族里面功能最强大的装置能同时控制电力系统的电压大小、相角及阻抗等线路参数，并且能实现对系统潮流和电压的控制，提高系统容量和稳定性,但是因为制造成本较高无法大量推广，去掉统一潮流控制器串并联变流器间的公用直流电容，考虑以输电线作为三次谐波的通路,其并联侧吸收基波功率释放三次谐波，串联侧吸收三次谐波功率释放基波功率，通过三次谐波实现了串并联变流器之间的功率交换，这构成分布式潮流控器（DPFC）。分布式潮流控制器不仅能实现UPFC的全部功能，还因为其串联侧采用小型单相变流器可以多个器件联合使用，不用考虑相间绝缘的问题，即使某个部位出现问题也不会影响其使用，而且因为分开了串并联变流器，提高了装置的可靠性降低了成本，使得本文可以大量推广其装置。

在PSASP中本文可以利用其自定义模型，通过功率注入法构建DPFC的等效潮流电路，再通过等效电路中的数学关系来建立自定义模型而不需要考虑装置细节。本文在PSASP中搭建一个IEEE9节点电力系统，再将自定义模型导入该系统，通过对比前后潮流的变化了解DPFC在电力系统中的作用。

关键词：柔性交流输电技术；统一潮流控制器；分布式潮流控制器；三次谐波；功率注入法；等效PSASP数学模型

Abstract

UPFC（The Unified Power Flow Controller）is the most powerful device in the family of FACTS（Flexible AC Transmission System) , which can control voltage, transmission angle, line impedance in the transmission lines in the same time , thereby independently controlling the active and reactive power flow through the line. The large number of series converters provides redundancy, thereby increasing the system reliability. The DPFC(The Distributed Power Flow Controller)is derived from the UPFC. The DPFC can be considered as a UPFC with an eliminated common dc link. The active power exchange between the shunt and series converters, which is through the common dc link in the UPFC, is now through the transmission lines at the 3rd harmonic frequency. The 3rd harmonic currents, which are identical in three phases, are used to exchange the real power between the AC terminals of the voltage source converters instead of the common DC capacitor. Simulations demonstrate that this distributed power flow controller has all of the functions of the unified power flow controller, additionally, due to the independence of the series side converter from the shunt side converter as well as the use of multiple converters at series side, the reliability is improved and the cost is decreased.

The paper use a particular electric circuit in PSASP to identify whether DPFC can work well .It introduce a new way to deal with the PSASP's Mathematic model. IEEE9 system is built in PSASP then the paper can use it to identify the PSASP's Mathematic model. Whether it work ,PSASP will tell us.

Key words: The Flexible AC Transmission System；The Unified Power Flow Controller；The Distributed Power Flow Controller ；3rd harmonic frequency；PSASP's Mathematic model

目录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景和意义 1

1.2国内外研究现状 3

1.3本文的主要任务 5

第2章灵活输电技术的原理 6

2.1灵活输电原理的潮流建模方法 6

2.2FACTS装置等效模型 6

2.2.1并联型FACTS装置的潮流计算模型 6

2.2.2电源型模型 6

2.2.3阻抗型模型 7

2.2.4变压器型模型 7

2.2.5解偶型模型 8

2.3FACTS的潮流计算方法 8

2.3.1交替迭代法 8

2.3.2联立求解法 9

2.4本章小结 9

第3章分布式潮流控制器的结构 10

3.1原理分析 10

3.2 DPFC的功率交换原理 11

3.3工作方式 12

3.31并联侧工作方式 12

3.32串联侧工作方式 15

3.4分布式潮流控制器的功率等效模型 16

3.5本章小结 21

第4章分布式潮流控制器计算模型及仿真 22

4.1PSASP用户自定义建模 22

4.2电力系统测试系统 23

4.3 PSASP中分布式潮流控制器的计算模型 24

4.3.1DPFC分布式潮流控制器的等效电路 24

4.3.2分布式潮流控制器的功率注入模型 25

4.3分布式潮流控制器的潮流计算 26

4.4 仿真结果 29

4.5 本章小结 30

结论 31

参考文献 32

附录A仿真结果输出表格 34

附录B IEEE9节点系统参数 38

致谢 40

第1章 绪论

1.1课题研究背景和意义

目前，国家层面对于电力行业未来发展制定的目标是“西电东送、南北互供、全国联网”。国家相当重视电力行业的安全问题，总体思想在提高电力行业整体运行水平、经济性、可靠性的基础上，要保证足够的安全性，以防重大安全事故的发生^[1]。

这些目标来源于于我国独特的资源分布布局。在我国，水利资源丰富的地区主要是云南、贵州、四川等，煤炭主要集中在山西、陕西等地区，而天然气主要集中在新疆等西部省份。这造成有的省份资源丰富而有的省份相应资源却非常匮乏，在沿海城市经济发达，用电需求量也很大，而西部等地区，资源丰富但是经济不够发达，用电量相对较少，这给电力行业调度电网潮流，合理分配电力资源造成了一定的难度，实施西电东送，就是将西部地区充裕的电量运送至东部亟需电能的地区，满足各自的需求，进行相互补充，取长补短。其次，建立全国联网的大型电力系统，方便电力资源在全国范围内的合理分布，以及合理调度，在全国联网的情况下，减少了电机后备容量，节省了造价。最后，我国在电力行业中实施了逐渐向电力市场迈进的举措，随着电力产业的市场化，必定带来电力行业内的竞争，可以提高发电厂和发电站的责任意识，增进电能分配的自主性，相对提高电能质量和可靠性，并且让消费者以自己可以接受的价格，买到自己需要的电量^[2]。

同时，本文也需要注意到这些举措背后带来的一系列不合理的问题，电力市场化虽然带来了上述的许多好处，但是行业竞争必将导致很多价格低廉的输电线路承受更多的输电任务，这样会使其过负荷运行，容易导致事故的发生，而有的线路会有很多的剩余容量，没有达到充分运行的情况，导致电力资源不能合理的利用。实际中，还有不少类似的问题。