柔性交流输电系统 建模与控制PDF电子书下载

第1章 FACTS——装置与应用 1

1.1 概论 2

1.2 电力电子 4

1.2.1 半导体 4

1.2.2 功率转换器 6

1.3 FACTS设备的结构 10

1.3.1 并联型设备 10

1.3.2 串联设备 13

1.3.3 串并联设备 17

1.3.4 背靠背设备 21

参考文献 22

第2章 多功能单一变换器FACTS在潮流分析中的建模 23

2.1 电力系统潮流计算 23

2.1.1 潮流方法 23

2.1.2 节点的分类 23

2.1.3 极坐标系中的牛顿-拉夫逊潮流 23

2.2 多功能STATCOM的建模 24

2.2.1 多控制功能的STATCOM潮流分析模型 24

2.2.2 牛顿潮流下的STATCOM的多控制函数模型 28

2.2.3 多约束越限的处理 30

2.2.4 STATCOM电流幅度控制多重解 31

2.2.5 算例分析 31

2.3 多控制功能SSSC建模 35

2.3.1 多控制功能SSSC模型的潮流分析 35

2.3.2 SSSC多控制功能模型在牛顿潮流中的实现 37

2.3.3 数值结果 39

2.4 SVC和TCSC模型的潮流分析 42

2.4.1 在电力系统潮流分析中SVC、STATCOM的表达式 42

2.4.2 TCSC表示SSSC潮流分析 43

参考文献 43

第3章 应用于电力系统潮流分析的组合变换器FACTS模型 46

3.1 UPFC的多控制函数建模 46

3.1.1 先进的UPFC潮流分析模型 46

3.1.2 先进UPFC模型应用于牛顿潮流 51

3.1.3 数值算例 51

3.2 多函数控制的IPFC和GUPFC建模 53

3.2.1 实际约束条件的牛顿潮流中的IPFC建模 54

3.2.2 实际约束条件的牛顿潮流中的GUPFC建模 56

3.2.3 数值算例 58

3.3 基于HVDC的多端子电压源变换器 61

3.3.1 M-VSC-HVD与变换器位于同一变电站的数学建模 61

3.3.2 直流网络方程下的广义M-VSC-HVDC模型 65

3.3.3 数值算例 67

3.4 潮流分析中小阻抗FACTS问题处理 70

3.4.1 电压源变换器FACTS模型的数值不稳定性 70

3.4.2 阻抗补偿模型 70

参考文献 71

第4章 FACTS设备在最优潮流分析中的建模 74

4.1 最优潮流分析 74

4.1.1 最优潮流简介 74

4.1.2 最优潮流技术比较 75

4.1.3 OPF模型综述 76

4.2 非线性内点最优潮流方法 77

4.2.1 功率偏差方程 77

4.2.2 输电线路约束 77

4.2.3 非线性内点OPF算法 78

4.2.4 非线性内点OPF的应用 80

4.2.5 非线性内点OPF算法的求解步骤 81

4.3 OPF分析中的FACTS建模 82

4.3.1 最优电压和潮流控制中的IPFC和GUPFC 82

4.3.2 GUPFC的运行和控制约束 83

4.3.3 考虑GUPFC的非线性内点OPF算法 84

4.3.4 非线性内点OPF中IPFC的建模 88

4.4 OPF中多终端VSC-HVDC的建模 89

4.4.1 最优电压和潮流控制中的多终端VSC-HVDC 89

4.4.2 M-VSC-HVDC的运行和控制约束 90

4.4.3 非线性内点OPF中的M-VSC-HVDC建模 90

4.5 VSC-HVDC与FACTS设备的比较 91

4.5.1 UPFC与BTB-VSC-HVDC的比较 92

4.5.2 GUPFC与M-VSC-HVDC的比较 93

4.6 附录 含GUPFC非线性内点OPF的导数 95

4.6.1 非线性内点OPF的一阶导数 95

4.6.2 非线性内点OPF的二阶导数 96

参考文献 99

第5章 三相潮流和三相OPF分析中的FACTS模型 103

5.1 直角坐标下的牛顿三相潮流法 103

5.1.1 节点分类 104

5.1.2 同步电机的表示 104

5.1.3 直角坐标系下的功率电压不平衡方程 105

5.1.4 直角坐标系下的牛顿方程 106

5.2 极坐标系下的三相牛顿潮流公式 109

5.2.1 发电机的表示 109

5.2.2 极坐标系下的功率和电压不平衡方程 110

5.2.3 极坐标系下的牛顿方程 111

5.3 直角坐标系下SSSC的三相潮流计算模型 111

5.3.1 星／三角联结变压器的三相SSSC模型 112

5.3.2 具有单相独立变压器的单相／三相SSSC模型 116

5.3.3 算例 118

5.4 UPFC模型在极坐标系下的三相牛顿潮流计算 121

5.4.1 三相UPFC的工作原理 121

5.4.2 三相换流变压器模型 121

5.4.3 三相UPFC的潮流约束 123

5.4.4 三相UPFC的对称分量控制模型 125

5.4.5 三相UPFC的一般三相控制模型 127

5.4.6 三相UPFC的混合控制模型 128

5.4.7 算例 129

5.5 极坐标下的三相牛顿OPF 133

5.6 附录A Ygi的定义 134

5.7 附录B 五节 点测试系统 135

参考文献 136

第6章 含FACTS的静态电力系统电压稳定性分析与控制 138

6.1 静态电力系统电压稳定分析中的连续潮流方法 138

6.1.1 连续潮流方法 138

6.1.2 同步电机运行限制建模 139

6.1.3 连续潮流的求解步骤 140

6.1.4 FACTS控制的连续潮流建模 141

6.1.5 数值结果 141

6.2 静态电压稳定分析的优化方法 144

6.2.1 电压稳定极限测定的优化方法 145

6.2.2 电压安全极限测定的优化方法 145

6.2.3 运行安全极限测定的优化方法 146

6.2.4 潮流不可解的优化方法 146

6.2.5 数值算例 147

6.3 安全约束最优潮流传输能力计算 148

6.3.1 考虑安全约束的统一传输能力计算方法 149

6.3.2 利用非线性内点发求解统一安全约束下的传输能力问题 150

6.3.3 安全约束下传输能力计算步骤 153

6.3.4 数值结果 153

参考文献 155

第7章 三相不对称电力系统的静态电压稳定 158

7.1 三相不对称电力系统的稳态电压稳定 158

7.2 连续三相潮流方法 158

7.2.1 运行限制的同步电机建模 158

7.2.2 极坐标系中的三相潮流 159

7.2.3 连续三相潮流方法方程 160

7.2.4 连续三相潮流解法 161

7.2.5 连续三相潮流的执行问题 162

7.2.6 数值结果 162

7.3 含FACTS的三相不对称系统的静态稳定 168

7.3.1 STATCOM 168

7.3.2 SSSC 169

7.3.3 UPFC 170

参考文献 170

第8章 FACTS的阻塞管理和损耗优化 173

8.1 能量市场中快速潮流控制 173

8.1.1 运行策略 173

8.1.2 控制方案 174

8.2 潮流控制器的放置 175

8.3 经济评估方法 177

8.3.1 跨区域阻塞管理的PFC建模 177

8.3.2 跨区域传输容量的测定 181

8.3.3 PFC带来的经济效益评估 181

8.4 潮流控制器的量化效益 183

8.4.1 增加传输容量 183

8.4.2 减小损失 184

8.5 附录 187

参考文献 188

第9章 FACTS的非侵扰性系统控制 189

9.1 要求规范 189

9.1.1 模块化的网络控制器 190

9.1.2 控制器规格 190

9.2 架构 191

9.2.1 常规运行的NISC方法 192

9.2.2 紧急情况下的NISC方法 193

参考文献 194

第10章 FACTS紧急和稳定控制的自主系统 196

10.1 自主系统结构 196

10.2 自主安全和紧急控制 197

10.2.1 模型和控制结构 197

10.2.2 协调通用规则 197

10.2.3 自主控制系统的综合性 200

10.3 小信号稳定性的自适应控制 204

10.4 验证 205

10.4.1 传输线路故障 206

10.4.2 负荷增加 208

参考文献 209

第11章 用于FACTS装置协调控制的多代理系统 210

11.1 协调控制面临的挑战 210

11.2 多代理系统的结构 211

11.2.1 通信模型 211

11.2.2 一个PFC的影响域 212

11.2.3 分布式协调控制 214

11.3 验证 217

11.3.1 一条输电线路跳闸 217

11.3.2 负荷增加 219

参考文献 221

第12章 FACTS的广域控制 222

12.1 广域监控系统 222

12.2 广域监视应用 224

12.2.1 输电走廊电压稳定监视 224

12.2.2 热极限监视 227

12.2.3 振荡稳定监视 228

12.2.4 拓扑检测和状态量计算 230

12.2.5 基于OPF方法的负荷能力计算 232

12.2.6 电压稳定预测 233

12.3 广域控制应用 235

12.3.1 优化设定值的预防性控制 235

12.3.2 远程反馈控制 237

参考文献 243

第13章 含FACTS的电力系统小信号稳定分析建模 244

13.1 小信号建模 244

13.1.1 同步发电机 244

13.1.2 励磁系统 246

13.1.3 原动机和调速器模型 247

13.1.4 负荷模型 248

13.1.5 网络和潮流模型 249

13.1.6 FACTS模型 250

13.1.7 算例系统 252

13.2 特征值分析 254

13.2.1 算例系统的小信号稳定分析结果 254

13.2.2 特征向量、模式形状和参与因子 260

13.3 模态可控性、可观性和留数 262

参考文献 265

第14章 含FACTS的电力系统稳定线性控制设计与仿真 267

14.1 H∞混合灵敏度模型 267

14.2 含极点定位的广义H∞问题 268

14.3 矩阵不等式方程 270

14.4 矩阵不等式的线性化 271

14.5 算例分析 272

14.5.1 权重选择 272

14.5.2 控制设计 272

14.5.3 性能评估 275

14.5.4 仿真结果 276

14.6 序贯设计的算例分析 278

14.6.1 测试系统 278

14.6.2 控制设计 278

14.6.3 性能评估 279

14.6.4 仿真结果 280

14.7 时延系统的H∞控制 282

14.8 时延系统的Smith预估器 283

14.9 应用统一Smith预估器的问题描述 286

14.10 算例分析 288

14.10.1 控制设计 288

14.10.2 性能评估 289

14.10.3 仿真结果 290

参考文献 293

第15章 使用多操作点的FACTS进行电力系统稳定性控制 295

15.1 简介 295

15.1.1 基于LMI方法的阻尼控制器的设计 295

15.1.2 基于LMI的多模态阻尼控制器设计技术的挑战 296

15.2 考虑多操作点的FACTS稳定控制非线性矩阵不等式 297

15.3 输出反馈控制器的两步设计方法 297

15.3.1 第一步：变量K的确定 297

15.3.2 第二步：变量Ak及Bk的确定 299

15.4 H2及H∞特性的拓展 301

15.4.1 第一步：多目标控制下K的确定 302

15.4.2 第二步：多目标控制的Ak及Bk的确定 302

15.4.3 H∞特性 303

15.4.4 H2特性 304

15.4.5 两步控制设计方法的几点评论 305

15.5 单机无穷大系统的两步控制设计方法 305

15.5.1 单机无穷大系统（SMIB） 305

15.5.2 运用两步法进行基于极点配置的阻尼振荡器的设计 306

15.5.3 MLMI与SLMI的非线性仿真对照实验 308

15.6 多机系统下的两步控制设计方法 309

15.6.1 多机测试系统 309

15.6.2 多机系统下的两步阻尼控制器设计 310

15.6.3 绩效评估 311

15.6.4 非线性模拟 312

15.7 对于多机系统的替代两步控制设计方法 314

15.7.1 SCADA/EMS介绍 314

15.7.2 替代两步阻尼控制器的设计方法 315

15.7.3 算例 315

15.8 总结 317

参考文献 318

第16章 配电系统回路设备控制 320

16.1 配电系统回路设备概述 320

16.2 回路设备本地控制 322

16.2.1 线电压的估算 323

16.2.2 回路潮流控制 323

16.2.3 无功功率控制 323

16.3 近似控制 324

16.3.1 目标函数与最优控制 324

16.3.2 近似最小二乘法 325

16.4 模拟 327

16.5 示范工程 331

16.5.1 场测试系统 331

16.5.2 简单的控制测试 332

16.5.3 测试条件 333

16.5.4 测试结果 334

参考文献 335

第17章 风力发电系统的电力电子控制 337

17.1 简介 337

17.2 双馈感应发电机风机 338

17.2.1 双馈感应发电机风机建模与控制 338

17.2.2 采用DFIG的WT的模型 341

17.3 采用DFIG的WT的小信号稳定性分析 345

17.3.1 采用DFIG的WT的动态模型 345

17.3.2 采用DFIG的WT的小信号稳定性分析模型 346

17.3.3 采用DFIG的WT的小信号稳定性分析 346

17.3.4 动态模拟 348

17.4 采用DDPMG的WT模型 350

17.5 采用DDPMG的WT小信号稳定性分析 354

17.5.1 小信号稳定性分析模型 354

17.5.2 采用DDPMG的WT小信号稳定性分析 354

17.5.3 动态模拟四机系统 356

17.6 风力发电系统的非线性控制 356

17.6.1 非线性控制 356

17.6.2 采用DFIG的WT的三阶模型 357

17.6.3 非线性控制设计的变速恒频双馈WT 357

17.6.4 动态模拟 360

17.7 使用系统动态等值方法对大型风电场建模 361

17.7.1 一致性组的识别 362

17.7.2 网络简化 362

17.7.3 动态参数的聚合 362

17.7.4 动态模拟 362

17.8 大型风电场通过高压直流输电与电网连接 364

17.8.1 VSC直流输电技术的发展 364

17.8.2 VSC风电场联网的直流输电控制 365

17.8.3 动态模拟 366

参考文献 366