摘 要

当今世界的经济发展与电力的发展密切相关，无论是工业、农业还是居民日常生活都对用电提出了更高的要求，这导致了电网运行状态日益复杂、运行任务日益繁重。统一潮流控制器作为最灵活的FACTS装置，其能单独或同时控制线路电压幅值、相角，改变线路运行参数，控制系统中的潮流。由于其功能强大、工作方式又较为灵活，得到了国内外研究学者的广泛重视。

本文首先介绍了UPFC的发展概况、研究现状。之后在研究原理的基础上，根据电力系统运行要求，将UPFC仿真运行需要的基本模块逐一分析、设计。分别建立了发电厂模块、三相电压有功无功测量模块、输电线路模块、UPFC测量模块、三相故障模块等，将这些模块组装到一起后构成了完整的装有UPFC的三相电力系统模型。模型的仿真运行结果显示当系统发生三相故障之后UPFC能够有效的稳定线路电压，抑制有功和无功发生大规模的振荡，从而使系统在故障切除之后能够快速的恢复稳定运行。

之后又建立了用UPFC GUI模块控制UPFC运行模式的三相电力系统，分别研究工作在UPFC模式、STATCOM（无功功率控制）模式和SSSC（电压注入）模式下系统的仿真运行结果。结果表明在UPFC模式下，幅度和相位角以及串联注入电压都可以改变，从而可以控制有功功率和无功功率；在STATCOM（无功功率控制）模式下通过改变并联变流器产生的电压的幅度，同时使其与总线B1电压同相，就可以实现对无功功率的控制；在SSSC（电压注入）模式下，电压和电流的相位相差90度，因此通常情况下可以用作可变电感或电容。模型的仿真运行结果又进一步体现了UPFC工作方式的灵活性。

关键词：Simulink仿真；并联变流器；串联变流器；统一潮流控制器；GUI

Abstract

The economic development of today's world is closely related to the development of electric power. Whether it is industry, agriculture or daily life of residents, they have put forward higher requirements for electricity consumption, which has led to the increasingly complicated operation status of the power grid and increasingly heavy operation tasks. As the most flexible FACTS device, the unified power flow controller can control the line voltage amplitude and phase angle individually or simultaneously, change the line operating parameters, and control the power flow in the system. Because of its powerful functions and flexible working methods, it has received extensive attention from domestic and foreign researchers.

This paper first introduces the development overview and research status of UPFC. Afterwards, based on the research principles, according to the power system operation requirements, the basic modules required for UPFC simulation operation are analyzed and designed one by one. The power plant module, three-phase voltage active and reactive power measurement module, transmission line module, UPFC measurement module, three-phase fault module, etc. have been established respectively, and these modules are assembled together to form a complete three-phase power system model with UPFC . The simulation results of the model show that the UPFC can effectively stabilize the line voltage after the system has a three-phase fault, and suppress large-scale oscillations of active and reactive power, so that the system can quickly restore stable operation after the fault is removed.

After that, a three-phase power system using UPFC GUI module to control UPFC operation mode was established, and the simulation operation results of the system working in UPFC mode, STATCOM (reactive power control) mode and SSSC (voltage injection) mode were studied respectively. The results show that in UPFC mode, the amplitude and phase angle as well as the series injection voltage can be changed, so that the active power and reactive power can be controlled. In STATCOM (reactive power control) mode, by changing the amplitude of the voltage generated by the parallel converter and making it in phase with the bus B1 voltage, you can achieve reactive power control. In SSSC (voltage injection) mode, the voltage and current remain orthogonal, so it can usually be used as a variable inductor or capacitor. The simulation results of the model further reflect the flexibility of the UPFC working mode.

Key words: Simulink simulation；Shunt Converter；Series Converter；Unified Power Flow Controller；GUI

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 灵活交流输电系统FACTS介绍 1

1.3 统一潮流控制器UPFC介绍 2

1.4研究目标 3

第2章 统一潮流控制器UPFC工作原理 4

2.1 UPFC工作原理分析 4

2.1.1 UPFC基本拓扑结构 4

2.1.2 UPFC稳态模型分析 4

2.1.3 串并联变流器功能及实现方式 6

2.2 UPFC的动态模型 9

2.3 UPFC的潮流模型 12

2.4 UPFC的控制策略 13

第3章 UPFC仿真建模与分析 16

3.1 UPFC仿真模型的建立 16

3.2 并联侧仿真模型的建立 17

3.3 串联侧仿真模型的建立 18

3.4 控制系统的仿真模型的建立 19

第4章 三相电力系统仿真建模与分析 22

4.1 三相电力系统基本模块 22

4.2 构建三相电力系统仿真模型 24

4.3 装有UPFC的三相电力系统仿真分析 25

第5章 结论与展望 30

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

进入21世纪，电力网络的结构日趋复杂，日常运行任务繁重。然而，新建高低压输电线路的建设越来越受到限制，加之输电的可控性差，电网中自然功率的分布可能因为负荷的急剧变化而发生较大的改变。这种情况通常会造成巨大的电能损耗，并将危及电力系统的安全运行，严重情况下将不能保证稳定安全的供电，从而影响到正常用电的需求，造成较大的社会危害。

目前，我国大部分地区的电力网络结构的设置还不够合理，承受故障冲击的能力比较差，特别是西部偏远地区和农村地区，这些地区的电力网络结构有很多都还比较落后，一旦发生系统故障就很可能造成大规模的停电事故。随着我国电力工业的发展，特别是特高压、大容量、远距离输电技术的发展，各地区电网互联互通将是必然趋势。目前电力系统对输电线路的调控大多仅限于继电保护和电力重合闸，如果仅仅只按照这个思路对现有电力网络进行优化和改造，将需要使用大量的继电保护装置，且一旦当某个地区的电力网络系统运行不能满足该地区的经济发展而需要做升级改造时，更换输电线路上的继电保护装置也将造成极大的资源浪费，而且大容量的继电保护装置造假昂贵，需要定期的人工检查及设备维修，这些情况都不符合我国电力系统安全经济运行的发展要求。根据我国当前的电网结构及运行状态，FACTS技术将有广阔的发展前景，FACTS装置能够大幅度的提高输电线路的输电能力、降低停电事故的发生风险、节约人力成本、减少昂贵的继保装置的运用。因此研究FACTS技术，特别是其中最为灵活的统一潮流控制器技术的运用，将能够为我国未来优化电网结构和提升电力系统运行稳定性提供新的发展思路。在我国当前的设备条件下，安装UPFC可以大大提高电路系统中潮流和电压的可控性，降低互联系统中设备的容量。尤其是在当前条件下，我国的电力系统还不足以大规模的更新电力设备，这种控制设备的出现将能够在很大的程度上减少运营成本和规划建设成本，有益于国计民生。