统一潮流控制器(UPFC)在灵活交流输电系统(FACTS)中是最具代表性的，它具有串联补偿、并联补偿、移相和端电压调节等4种基本功能以及这些基本功能间的相互组合作用。统一潮流控制器能在电力系统稳态方面实现潮流调节，合理控制有功、无功功率的流动，提高线路的输送能力，实现优化运行。在动态方面，统一潮流控制器可以通过快速无功吞吐，动态地支撑接入点的电压，提高系统的电压稳定性；若适当控制，它还可以改善系统阻尼，提高功角稳定性。
　　统一潮流控制器的实验装置采用微机控制，主电路由2个三相全桥逆变器通过直流电容耦合而成。2个逆变器都是电压型的，直接输出2个幅值和相位都可调节的三相电压信号；中心控制单元用的是数字信号处理器(DSP),利用其强大的指令系统和极高的计算速度可以实现特殊的算法，其模型如图1所示。

图1　统一潮流控制器的模型框图
Fig.1　Model structure of UPFC

　　对统一潮流控制器进行实时控制，主要包含两个方面：由采样输入到控制输出参量的检测控制算法和实现控制输出的调节控制规律。本文主要针对统一潮流控制器待处理变量多、计算工作量大、对运算工作速度要求高的特点，提出一种新的快捷有效的检测控制算法。
　　采用数字控制的系统中，采样输入是状态变量的瞬时值，控制输出是控制参量的瞬时值。对于正弦交流信号的处理，一般是采用相量的复数算法，计算出控制参量的相量形式，再转化成控制输出的瞬时值。如果能从采样输入的瞬时值，直接计算出控制输出的瞬时值，则将能极大地提高系统的计算速度和工作效率。
1　输入输出的相量关系
　　统一潮流控制器有2个逆变器。逆变器1通过变压器与系统并联相接，逆变器2通过变压器串联接入系统，见图2。

图2　统一潮流控制器的系统示意图
Fig.2　System structure of UPFC

　　图中，_i为线路首端电压，_j为线路末端电压，_l为线路中流过的电流，_l为线路电抗，X_b为逆变器1输出端到接入系统点之间的等值电抗，_b为逆变器1的输出电压，_se为逆变器2的输出电压，U_c为电容器的直流电压。
　　采样输入的系统变量有：_i、_l和U_c。给定的目标输入有：可控串补度s、移相角度δ、端电压调节系数k和无功补偿量Q_b。
　　统一潮流控制器的功能主要集中在串联侧逆变器2。
1.1　可控串联补偿作用
　　统一潮流控制器的可控串补作用，是通过串联接在输电线路中的变压器，由逆变器2向系统注入一个与线路电流_l相垂直的电压_se。
　　给定可控串补度s，则：

　　(1)

令　　　
则　　　
　　当s>0时(感抗)，V_se＝sX_lI_l，θ＝α－π/2；
　　当s<0时(容抗)，V_se＝－sX_lI_l，θ＝α＋π/2。
　　可见，在补偿度s给定以后，只需根据系统中线路电流_l的幅值和相位，便可确定逆变器2输出电压_se的幅值和相位。这时控制器与系统之间没有有功功率的交换。相应的相量图见图3(a)。
1.2　移相作用
　　统一潮流控制器的移相作用，是通过串联接在输电线路中的变压器，由逆变器2向系统注入一个与_i相垂直的电压_se。
　　给定移相角度δ，单位为rad，则

　　(2)

令　 　　　
则　 　　　
　　当δ>0时(超前移相)，V_se＝δV_i， θ＝α＋π/2；
　　当δ<0时(滞后移相)，V_se＝－δV_i， θ＝α－π/2。
　　可见，在移相角度δ给定的情况下，只需根据系统中线路电压_i的幅值和相位，便可确定逆变器2输出电压_se的幅值和相位。这时，因_se与_l不垂直，所以控制器串联侧逆变器2与系统之间有有功功率交换，有功功率的交换量由控制器的并联侧逆变器1来平衡。相应的相量图见图3(b)。

图3　逆变器2的输入输出相量图
Fig.3　Vector relation of inverter2

1.3　端电压调节作用
　　统一潮流控制器的端电压调节作用，是通过串联接在输电线路中的变压器，由逆变器2向系统注入一个与_i平行的电压_se。
　　给定端电压调节系数k,则

　　(3)

令　　　 　　
则　　 　　　
　　当k>0时，V_se＝kV_i， θ＝α；
　　当k<0时，V_se＝－kV_i， θ＝α＋π。
　　可见，在端电压调节系数k给定以后，只需根据系统中线路电压_i的幅值和相位，便可确定逆变器2输出电压_se的幅值和相位。这时，控制器的串联侧逆变器2与系统之间也有有功功率交换。有功功率的平衡同样是通过控制器的并联侧逆变器1来完成的。相应的相量图见图3(c)。
　　当统一潮流控制器的串联侧需要实现上述3种基本功能的组合作用时，只需按照上面的3种基本方法，根据_i和_l便可组合出控制器的输出参量_se。相应的相量图见图4。
　　统一潮流控制器的逆变器1完成并联无功补偿和控制器内部有功功率平衡的作用。

图4　逆变器2实现组合作用的相量图
Fig.4　Synthesis vector relation of inverter 2

　　给定无功补偿量Q_b，令：　
则

　　(4)

　　逆变器1向系统注入的电流为

　　(5)

令　
则　
　　当V_b>V_i时，θ_b＝α－π/2，Q_b>0，逆变器1向系统注入无功功率。对应的相量关系见图5(a)。
　　当V_bi时， θ_b＝α＋π/2， Q_b<0，逆变器1从系统吸收无功功率。对应的相量关系见图5(b)。

图5　逆变器1的输入输出相量图
Fig.5　Vector relation of inverter1

　　由于_b与_i相垂直，系统与控制器之间仅有无功交换而没有有功交换。无功交换量Q_b的大小和方向取决于_b相对于_i的幅值。
　　可见，在无功补偿量Q_b给定以后，只需根据系统中线路电压_i的幅值和相位，便可确定逆变器1输出电压_b的幅值和相位。

V_b＝V_i＋Q_bX_b/V_i　　　θ＝α　　(6)

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