柔性交流输电系统在电网中的建模与仿真PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1背景 1

1.2柔性交流输电系统 1

1.3输电系统的内在局限性 2

1.4 FACTS控制器 3

1.5稳态电力系统分析 5

参考文献 5

第2章FACTS控制器建模 6

2.1引言 6

2.2建模思想 7

2.3基于传统晶闸管的控制器 8

2.3.1晶闸管控制电抗器（TCR） 8

2.3.2静止无功补偿器（SVC） 12

2.3.3晶闸管控制串联补偿器（TCSC） 14

2.4基于全控半导体器件的电力电子控制器 22

2.4.1电压源变流器（VSC） 23

2.4.2静止同步补偿器（STATCOM） 28

2.4.3静止同步串联补偿器（SSSC） 29

2.4.4统一潮流控制器（UPFC） 30

2.4.5基于电压源变流器的高压直流输电（HVDC-VSC） 31

2.5基于电压源变流器的控制器的控制性能 33

2.6小结 34

参考文献 34

第3章 传统电力系统建模 36

3.1引言 36

3.2输电线模型 37

3.2.1电压降等式 37

3.2.2地线 42

3.2.3导线束 43

3.2.4双回路输电线 45

3.2.5标幺值 46

3.2.6输电线程序：基本参数 47

3.2.7计算输电线参数的算例 50

3.2.8长线效应 51

3.2.9输电线换位 53

3.2.10输电线程序：分布参数 54

3.2.11长线参数计算的数值算例 56

3.2.12对称分量和序坐标参数 57

3.2.13输电线程序：序分量参数 59

3.2.14序分量参数计算的数值算例 60

3.3电力变压器模型 60

3.3.1单相变压器 61

3.3.2简单的分接头调压变压器 62

3.3.3复杂的分接头调压变压器 63

3.3.4三相变压器 65

3.3.5序坐标参数 69

3.4旋转电机建模 71

3.4.1发电机电压方程 73

3.5系统负载 76

3.6小结 79

参考文献 80

第4章 传统潮流计算 81

4.1引言 81

4.2潮流的概念 81

4.2.1基本公式 82

4.2.2变量和母线分类 84

4.3潮流计算方法 85

4.3.1早期的潮流算法 85

4.3.2牛顿-拉夫逊算法 85

4.3.3状态变量的初值 88

4.3.4发电机无功功率限值 89

4.3.5线性化的参考坐标系 89

4.3.6用MATLAB编写的牛顿-拉夫逊方法计算程序 91

4.3.7快速解耦算法 98

4.3.8 MATLAB下快速解耦算法程序 99

4.3.9一个标准算例 102

4.4受约束的潮流计算 105

4.4.1有载调压变压器 105

4.4.2移相变压器 117

4.5潮流的深层概念 128

4.5.1稀疏矩阵技术 128

4.5.2截断调整 129

4.5.3有载调压器的配置 131

4.6小结 133

参考文献 134

第5章 含有FACTS控制器的潮流计算 135

5.1引言 135

5.2含有FACTS控制器的潮流解决方案 135

5.3静止无功补偿器（SVC） 136

5.3.1传统的潮流模型 137

5.3.2并联可调电纳模型 138

5.3.3静止无功补偿器MATLAB代码程序 140

5.3.4触发延迟角模型 143

5.3.5静止无功补偿器触发延迟角MATLAB代码程序 143

5.3.6集成变压器触发延迟角模型 147

5.3.7应用静止无功补偿器的节点电压幅值控制 148

5.3.8无功源的协调控制 149

5.3.9应用单台静止无功补偿器进行电压幅值控制的算例 149

5.4晶闸管控制串联补偿器（TCSC） 152

5.4.1可调串联阻抗潮流模型 152

5.4.2晶闸管控制串联补偿器的MATLAB代码程序 153

5.4.3应用单个晶闸管控制串联补偿器进行有功潮流控制的数值算例：可调串联补偿器模型 158

5.4.4触发延迟角潮流模型 160

5.4.5晶闸管控制串联补偿器触发延迟角MATLAB代码程序 162

5.4.6应用单个晶闸管控制串联补偿器进行有功潮流控制的数值算例：触发延迟角模型 167

5.4.7晶闸管控制串联补偿器潮流模型的数值特性 169

5.5静止同步补偿器（STATCOM） 170

5.5.1潮流模型 171

5.5.2静止同步补偿器的MATLAB代码程序 171

5.5.3应用单台静止同步补偿器进行电压幅值控制的数值算例 177

5.6统一潮流控制器（UPFC） 178

5.6.1潮流模型 179

5.6.2统一潮流控制器的MATLAB代码程序 182

5.6.3应用统一潮流控制器进行潮流控制的数值算例 192

5.7基于电压源变流器的高压直流输电（HVDC-VSC） 194

5.7.1功率方程 195

5.7.2基于电压源变流器的高压直流输电的MATLAB代码程序 196

5.7.3应用HVDC-VSC进行潮流控制的数值算例 203

5.8 FACTS控制器的有效初值设定 204

5.8.1并联同步电压源所表示的控制器 205

5.8.2并联电纳所表示的控制器 205

5.8.3串联电抗所表示的控制器 205

5.8.4串联同步电压源所表示的控制器 205

5.9小结 206

参考文献 206

第6章 三相潮流 208

6.1引言 208

6.2三相参考坐标系中的潮流计算 209

6.2.1潮流方程 210

6.2.2牛顿-拉夫逊潮流算法 210

6.2.3相坐标系下三相潮流的MATLAB代码程序 213

6.2.4三相电网计算算例 221

6.3静止无功补偿器（SVC） 225

6.3.1可变电纳模型 226

6.3.2触发延迟角模型 228

6.3.3数值算例：静止无功补偿器使电压幅值对称的能力 229

6.4晶闸管控制串联补偿器（TCSC） 229

6.4.1可变电纳模型 229

6.4.2触发延迟角模型 231

6.4.3数值算例：使用单个晶闸管控制串联补偿器的控制潮流 233

6.5静止同步补偿器（STATCOM） 233

6.5.1三相静止同步补偿器的数值算例 236

6.6统一潮流控制器（UPFC） 236

6.6.1统一潮流控制器的潮流控制数值算例 238

6.7小结 240

参考文献 240

第7章 最优潮流 242

7.1引言 242

7.2牛顿法最优潮流 242

7.2.1通用模型 242

7.2.2牛顿法在最优潮流中的应用 244

7.2.3线性化系统方程 245

7.2.4牛顿法的最优化条件 246

7.2.5最优潮流中的常规电力设备建模 246

7.2.6不等式约束的处理 248

7.3利用牛顿法实现最优潮流 251

7.3.1最优潮流求解的初始条件 252

7.3.2有功功率调度 252

7.3.3拉格朗日乘子 253

7.3.4罚加权因子 253

7.3.5共轭变量 253

7.3.6最优潮流算例 253

7.4最优潮流中的电力系统控制器表达式 255

7.5有载调压变压器 255

7.5.1有载调压拉格朗日函数 255

7.5.2线性化系统方程组 256

7.5.3有载调压变压器算例 257

7.6移相变压器 258

7.6.1拉格朗日函数 258

7.6.2线性化系统方程组 259

7.6.3移相变压器算例 260

7.7静止无功补偿器（SVC） 262

7.7.1拉格朗日函数 262

7.7.2线性化系统方程组 262

7.7.3静止无功补偿器算例 263

7.8晶闸管控制串联补偿器（TCSC） 266

7.8.1拉格朗日函数 266

7.8.2线性化系统方程组 266

7.8.3晶闸管控制串联补偿器算例 268

7.9统一潮流控制器（UPFC） 270

7.9.1统一潮流控制器的拉格朗日函数 270

7.9.2直流侧拉格朗日函数 270

7.9.3统一潮流控制器潮流约束 270

7.9.4线性化系统方程组 271

7.9.5统一潮流控制器算例 273

7.9.6统一潮流控制器运行模式 275

7.10小结 275

参考文献 276

第8章 潮流跟踪 278

8.1引言 278

8.2基本假设 279

8.3比例分配原则的数学证明 280

8.4控制域 282

8.4.1控制域对有功潮流的贡献 282

8.4.2控制域对无功潮流的功率分摊 285

8.4.3控制域对负载和节点的功率分摊 286

8.5跟踪算法 286

8.6算例 287

8.6.1简单的放射形网络 287

8.6.2简单的网孔状电网：有功功率 289

8.6.3具有FACTS控制器的网孔状网络：无功功率 293

8.6.4大型网络 294

8.6.5风力发电机的输出功率跟踪 296

8.7小结 301

参考文献 302

附录 304

附录A FACTS控制器在正序潮流中的雅可比矩阵元素 304

A.1调压变压器 304

A.2晶闸管控制串联补偿器 305

A.3静止同步补偿器 306

A.4统一潮流控制器 3

A.5高压直流输电电压源变流器 309

附录B牛顿法最优潮流中的梯度和海森矩阵元素 310

B.1输电线路的一阶和二阶偏导数 310

B.1.1梯度矢量 310

B.1.2W矩阵 311

B.2移相变压器 314

B.3静止无功补偿器 317

B.4晶闸管控制串联补偿器 317

B.5统一潮流控制器 319

附录C牛顿法最优潮流的MATLAB代码程序 325