考虑UPFC的安全约束最优潮流研究文献综述

文献综述（或调研报告）：

电力系统最优潮流是保证电力系统经济安全运行的重要手段，已在电力系统中得到广泛的应用，从上个世纪60年代发展到现在，关于最优潮流的研宄己经比较丰富。相比之下，UPFC的概念提出相对较晚，但是概念一经提出，UPFC就被认为是最具创造性的FACTS装置，得到了广泛的关注和研宄^[1]。

UPFC是第三代柔性交流输电系统的典型代表，功能完备，性能优越。UPFC 在结构上是由一台静止同步补偿器(static synchronous compensator，STATCOM)和一台静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator，SSSC)构成的，兼具 STATCOM和 SSSC 的优点，既能控制节点电压，又能调节线路潮流。由于 UPFC 并联部分可为串联部分提供有功功率，因此，其串联部分既可发出、吸收无功功率，又可发出、吸收有功功率，潮流调节能力强于SSSC^[2]。

UPFC数学模型是设计其控制策略的基础。UPFC数学模型可分为静态模型和动态模型，静态模型用于分析含UPFC的电力系统潮流，动态模型则用于研究在电力系统运行状态发生变化时UPFC装置对电力系统的潮流、电压和稳定性的控制功能^[3]。

对于潮流计算所用的UPFC静态模型，主要有电源模型、功率注入模型、阻抗型模型、解耦型模型等。L.Gyugyi在文献[4][5]中采用理想的电压源模型建立了UPFC的静态模型，并对UPFC进行了初步分析；文献[6][7]将的并联换流器等效为一个电流源，串联换流器等效为一个电压源，该模型保证了串并侧的有功平衡，但无法描述并联换流器的电压幅值和相位，不适合用来求解潮流；文献[8]建立了UPFC的静态模型，以此为基础分析了UPFC的控制特性，并研究了包含UPFC系统的潮流优化问题；文献[9]介绍了可用于潮流计算的阻抗模型，将UPFC的并联侧和串联侧分别用并联阻抗和串联阻抗表示，然后引入有功平衡和复功率平衡等约束条件进行潮流求解；文献[10]中的解耦模型能较好地描述UPFC的静态特性，但其应用只限于UPFC的特定工作方式。UPFC静态模型都是在直流侧电容电压保持恒定，即流入并联侧的有功功率与流出串联侧有功功率平衡这一基础上建立的。为准确分析的动态性能，动态数学模型应考虑直流侧电容电压的动态过程。

总的来说 UPFC 的建模根据需要侧重点各不相同，一般而言针对 UPFC 内部变换器控制而言需要采用状态空间平均法来建立变换器的详细模型以利分析，实现对变换器的适当控制，同时维持 UPFC 内部的功率平衡。但这种 UPFC 模型结构较为复杂，在大系统仿真计算中较为耗时。而对于分析含有 UPFC 的电力系统的工作情况而言，多采用等效受控电压源、电流源的方法来简化分析，加快仿真中的运算速度，但对 UPFC 运行的细节问题则无法考虑。因此应该根据不同的需求来建立相应的UPFC数学模型。

自 UPFC 概念提出以来，已有大量文献对计及UPFC 的电压调节及潮流优化问题做了研究。文献[11]通过功率注入法研究了UPFC对系统网损的优化作用，但没有给出具体的优化模型；文献[12]提出一种 UPFC 潮流计算方法，并分析了系统中存在多个 UPFC 时的潮流调节范围；文献[13]针对控制目标间存在的相互影响问题，提出了相应的协调控制策略，目标是在调整某一被控电气量时尽可能维持其他被控量的稳定；文献[14]提出一种综合考虑网络结构不确定性、负荷随机变化、发电机随机故障的概率潮流计算方法；文献[15]针对实际安全约束下的统一潮流控制器（UPFC），开发了自适应差分进化算法（SADE），用于控制和维持潮流；文献[16]首次在三维空间绘出了UPFC的功率曲线图，并提出了一种用UPFC 的并联部分被用来控制 UPFC 直流母线电压和线路传输无功潮流，而串联部分被用来控制线路传输有功潮流和 UPFC 输入端电压的控制方案，虽然这种方案对线路传输有功潮流控制的动态性能没有改善，但其无功潮流控制动态效果要优于传统的交叉耦合控制且在调节过程中不会引起较大的有功潮流波动；文献[17]采用遗传算法对含 UPFC 的最优潮流模型进行求解，优化目标为全网发电费用最低。从优化目标看，大部分 UPFC潮流优化采用的是传统电力系统最优潮流优化目标，即网损或发电费用最低，而文献[18]指出，UPFC对系统内潮流走向进行局部调整无法从实质上改变系统的经济运行，因此，其对费用和网损的优化效果并不理想。考虑到UPFC 的潮流调节特性，文献[19]和文献[20]研究了UPFC对节点电压和线路负载的优化方法，但其优化目标并未充分考虑不同线路间潮流的相互影响。

参考文献[21]采用PSD算法作为最优潮流的解算方法，同时考虑到随机变量与机会约束规划的引入，将算法与随机模拟技术相结合，形成了解决大规模风电场接入情况下最优潮流的算法流程。参考文献[22]提出了一个在传输中决定 UPFC 最优位置和大小的猫群优化算法系统,以改善在故障下的电压分布和最大承载能力。然而, 在其研究中,并没有涉及 UPFC 控制模式的优化。UPFC 能够有效地控制潮流、母线电压幅值、母线电压相角和线路阻抗[23,24]它对应于统一潮流控制器的四种潮流控制模式: 潮流控制模式, 电压控制模式, 相角控制模式, 阻抗控制模式。由于各控制模式的潮流控制特性不同, UPFC 的控制模式必然影响潮流的分布。然而, 在一个实际的电力系统中,UPFC不能很远地检测到紧急事故, 并迅速调整其控制模式。因此,在考虑安全约束的潮流优化过程中选择UPFC最优控制模式具有十分重大的意义。

参考文献：

[1]周正宇. 含UPFC电力系统潮流优化及预防控制研究[D].东南大学,2017.