UPFC多通道高速控制系统关键技术研究王翔慕小斌戴凤娇袁佩娥摘要：为了满足UPFC实际工程中高速、穩定的控制要求，基于自研的多通道总线技术控保平台，构造了UPFC在dq0坐标系下端口受控的耗散哈密顿（PCHD）模型，得到误差能量函数。从最本质的能量角度出发，采用注入虚拟阻尼的方法设计了UPFC的电流内环控制器，加快了误差能量的耗散，确保系统的稳定性。功率外环采用PI控制提供内环所需期望电流，提高了系统抗扰能力，实现了对有功和无功的解耦控制。最后结合工程案例，搭建了二十七电平UPFC的RTDS实验，验证了能量平衡控制的可行性和有效性。关键词：UPFC;多通道总线;控保平台;PCHD模型;RTDS;能量平衡控制DOI：10.15938/j.jhust.2021.04.009：TM761文献标志码：A：1007-2683（2021）04-0063-07Abstract：Inordertomeetthehigh-speedandstablecontrolrequirementsinunifiedpowerflowcontroller（UPFC）engineering，basedontheself-developedmulti-channelbustechnologycontrolandprotectionplatform，theportcontrolledhamiltoniandissipation（PCHD）modelunderdq0frameofreferenceisconstructed，andtheerrorstoragefunctionisobtained.Fromthemostessentialenergypointofview，thecontrollerofUPFCisdesignedbyinjectingvirtualdampingincurrentinnerloop，whichcanacceleratethedissipationoferrorstorageandensurethestabilityofthesystem.ThePIcontrolinpowerouterloopisusedtoprovidethedesiredcurrentrequiredbythecurrentinnerloop，whichcanimprovedisturbancerejectionabilityofthesystemandrealizedecouplingcontrolofactiveandreactivepower.Finally，therealtimedigitalsimulation（RTDS）experimentof27-levelUPFCcombinedwithengineeringcaseisbuilt，andthefeasibilityandeffectivenessofenergybalancecontrolareverified.Keywords：unifiedpowerflowcontroller;multi-channelbus;controlandprotectionplatform;portcontrolledHamiltonianwithdissipationmodel;realtimedigitalsimulation;energybalancecontrol0引言随着经济的快速发展，电网结构日益复杂，带来了潮流分布不均，输电能力受限和电能质量下降等问题。统一潮流控制器UPFC（unifiedpowerflowcontroller，UPFC）正是灵活交流输电的重要装备[1]。在保证输送容量的基础上，UPFC可以快速有效调控潮流、抑制次同步振荡和增强系统稳定性，且具有控制灵活、结构简单等优点，国内外已经投运多个UPFC工程[2-6]，并在实际运行中均取得了理想的工程应用效果。近年来，学者对UPFC的控制策略进行了深入研究[7-9]。分别对比了相角控制和矢量控制应用于UPFC的效果，发现相角控制下UPFC交互影响更大，但是阻尼控制器却可提供更多的阻尼[10]。在苏州南部电网500kV的UPFC上采用多目标自适应控制，在系统正常运行以及故障下均能达到理想的控制效果，保证电网的安全运行[11]。针对UPFC控制系统闭环测试，提出了UPFC装置多时间尺度混合的实时数字仿真试验方法，试验项目比较全面，运行良好[12]。为了提升电力电子变换器的性能，学者开始关注能量平衡控制。将能量平衡控制应用于电能路由器中，减少了直流母线电容的设计余量，且直流母线电压稳定，取得了预期的控制效果[13];分析了背靠背变换器各级的能量平衡关系，采用能量平衡控制实现了对变换器的强鲁棒控制，但是开关器件周期难以确定[14];分析了模块化多电平变换器（modularmultilevelconverter，MMC）逆变交流侧的能量关系，所采用的能量平衡控制器相较于PI控制，具有更好的鲁棒性[15]。基于上述研究进展及其存在的问题，本文采用基于多通道总线技术的控保平台，研制了220kV150MW自励型UPFC装置的控制系统，构造了UPFC在dq0坐标系下端口受控的耗散哈密顿PCHD（portcontrolledHamiltonianwithdissipation，PCHD）模型，设计电流内环能量平衡控制器;功率外环采用PI控制提供内环所需期望电流。最后搭建了RTDS硬件在环实验系统，对所采用的能量平衡控制效果、UPFC对潮流的均衡和抑制能力等进行验证，为UPFC实际工程应用提供参考和借鉴。1UPFC工作原理与数学模型1.1UPFC工...