基于可控变压器的动态潮流分析和控制

The increasing demand of electricity in China leads to growing scale of power networks, however, large-scale, long-distance, trans-regional power transmission puts severe strain on the security and stability of power systems. Meanwhile, the power transmission and transformation system becomes more and more complex with grid integration of a large number of intermittent new energy as wind and solar power, which increases the possibility of network operation on stability limits and poses great challenges for the security and stability of power systems, too. Therefore, flexibility of network operation, controllability of power flow and stability of power system are becoming problems that call for immediate solution. This application studies analysis and control of dynamic power flow based on controllable transformer, including optimal method of dynamically regulating active and reactive power of transmission line, control strategy of increasing network stability and enlarging transmission capability. The research results have important theoretical consequences in realization of dynamic optimal power control of smart grid, improvement of transmission and transformation system, improvement of power system stability and enlargement of intermittent new energy integration.

随着电力需求的增长，我国电网规模日益扩大，大规模、远距离的跨区电力输送给电网的安全稳定带来了很大的压力。同时，风电、太阳能光伏发电等间歇性新能源的大量接入，使输变电系统日趋复杂，电网运行在稳定极限边缘的可能性也大为增加，给电力系统的安全稳定运行带来了极大的挑战。因此，电网运行的灵活性、潮流可控性以及电网稳定性成为越来越迫切需要解决的问题。本申请以可控变压器为研究对象，展开动态潮流的分析与控制的研究。研究通过可控变压器优化输电线路有功和无功的动态调节方法；研究通过可控变压器提高电网的稳定性以及增大线路输电功率的控制方法。研究成果不仅为实现智能电网有功和无功的动态优化控制、提高输变电水平及系统稳定性，具有重要的理论意义；而且为电网接纳更多间歇性新能源，具有重要的指导意义和应用价值。

近年来，随着以风力发电、光伏发电等为代表的分布式能源在电力系统中的大规模应用，高压直交流输电的不断建设，电力系统电压稳定性及潮流可控性逐渐得到世界各国的重视。而柔性交流输电作为这一问题的解决方案之一，已逐渐成为重要研究课题。本课题针对可控变压器FACTS技术，提出了几种新型拓扑结构，这些设备由电力系统变压器与功率电力电子器件构成，实现了对普通变压器输出电压的幅值和相角的双向动态调节，不仅可以独立调节联络线有功和无功功率，而且可以提高联络线功率传输极限，提高风力发电等新能源并网电压稳定性。主要工作及创新点如下：.（1）提出三种新型拓扑结构的可控变压器，分析新型可控变压器基本原理，对其输入输出电压公式进行数学分析，研究新型可控变压器等效数学模型，针对几种不同拓扑结构进行了MATLAB/Simulink数字仿真和RTDS实时仿真研究，理论与仿真结果的一致性充分说明了新型可控变压器基本原理的正确性。.（2）研究新型可控变压器在电力系统潮流控制中的应用，分析其潮流控制基本原理，搭建潮流控制双机系统和3机9节点系统，在发电机出力突降或者负荷需求水平突升的突发情况下，验证新型可控变压器提高电力系统联络线传输功率极限的功能。.（3）研究可控变压器提高电力系统电压稳定性的应用，推导加装可控变压器的供电系统数学模型，将新型可控变压器应用于9MW风电场，仿真证明，在风速发生较大变化时，通过新型可控变压器控制代替STATCOM设备，可以提高系统电压稳定性。