论文总字数：30373字

摘 要

我国分别于2015年和2017年，在江苏南京和苏州投运了统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller, UPFC）工程，可见UPFC在我国方兴未艾。而目前关于UPFC的研究主要集中于UPFC对于潮流优化的影响及其选址定容等。如何针对已经装设了UPFC的电力系统，进行扩展的电网规划问题还少有相应的研究。

含UPFC电力系统的潮流计算是进行电网扩展规划的基础。本文首先介绍了UPFC的结构和控制模式，以及控制模式和参数影响电网潮流的原理。在此基础上，完成了考虑UPFC串联侧潮流控制、并联侧电压控制的电力系统潮流计算。然后，本文考虑UPFC的控制作用，以新建线路的位置和数量、UPFC的控制设定值为变量，考虑节点电压约束和UPFC参数约束，建立了含UPFC的电网规划数学模型。该模型内层优化以可靠性为目标，外层则以经济性为目标。最后本文运用遗传算法求解，给出了实现不同目标的三个电网扩展规划方案。比较UPFC安装前后的经济目标规划方案，认为调整UPFC的控制参数，合理运用其优越的控制作用，能够减少新建线路数量以及降低成本。而综合考虑经济性和可靠性的含UPFC电网的规划结果表明，虽然考虑可靠性指标会增加新建线路的成本，但能够更好的维持电网的安全运行。

关键词：统一潮流控制器（UPFC），遗传算法，电网规划，可靠性

Abstract

In 2015 and 2017 respectively, the unified power flow controller project was put into operation in Nanjing and Suzhou of Jiangsu Province. At present, the research on UPFC mainly focuses on the influence of UPFC on power flow optimization and its location and capacity. There is little research on the extended power network planning for the power system with UPFC.

Power flow calculation with UPFC is the basis of power network expansion planning. This paper first introduces the structure and control mode of UPFC, and its principle of the influence of control mode and parameters on power flow. On this basis, with the combined mode of series-side power flow control and parallel-side voltage control, the power flow calculation considering the influencr of UPFC is completed. Then, considering the control function of UPFC, taking the position and number of new lines as variables, considering the voltage constraint and UPFC parameter constraint, the mathematical model of power network planning with UPFC is established. In this model, reliability is the goal in the inner layer optimization and economy is the target in the outer layer. In this paper, genetic algorithm is used to solve this problem, and three schemes of network expansion planning are presented. By comparing the economic target planning scheme with and without UPFC, it is considered that adjusting the control parameters of UPFC and making rational use of its superior control function can reduce the number of new lines and the cost. The results of power network planning including UPFC considering economy and reliability show that, although reliability index will leads to increasing the cost of new line, it can maintain the safe operation of power system.

KEYWORDS：Unified Power Flow Controller(UPFC); genetic algorithm; power network planning; reliability

目录

摘要 III

Abstract IV

第一章 绪论 3

1.1 课题背景 3

1.2 研究现状 3

1.2.1 电网规划的研究现状 3

1.2.2 UPFC的研究现状 4

1.3 本文的主要工作 4

第二章 统一潮流控制器 6

2.1 UPFC的系统结构 6

2.2 UPFC的控制模式 6

2.2.1 并联侧的控制模式 6

2.2.2 串联侧的控制模式 6

2.3 含UPFC的潮流计算 7

2.3.1 含UPFC的潮流计算的方法 7

2.3.2 含UPFC的潮流计算的算例 8

2.4 本章小结 9

第三章 含UPFC的电网扩展规划 11

3.1 电网规划的数学模型 11

3.1.1 变量 11

3.1.2 目标函数 11

3.1.3 约束条件 13

3.2 考虑UPFC的电网规划数学模型 13

3.3 解决电网规划问题的方法 14

3.3.1 外层优化 15

3.3.2 内层优化 15

3.4 遗传算法 15

3.4.1 遗传算法原理 17

3.4.2 遗传算法的优点 17

3.5 本章小结 17

第四章 实例分析 18

4.1 算例介绍 18

4.2 以经济性为目标的电网规划结果及分析 18

4.2.1 三个方案 18

4.2.2 三个方案比较 21

4.3 以经济性为目标的考虑UPFC的电网规划结果及分析 21

4.3.1 三个方案 21

4.3.2 三个方案比较 24

4.4 以经济性和可靠性为目标的考虑UPFC的电网规划结果及分析 25

4.4.1 三个方案 25

4.4.2 三个方案比较 27

4.5 本章小结 28

第五章 结论与展望 29

致谢 30

参考文献 31

附录A 33

附录B 34

绪论

课题背景

目前，我国已形成紧密相连的多电压等级的大规模复杂电网。目前社会用电量呈日渐上升的趋势，需要电力的范围也越来越大。大规模复杂电网存在的主要问题有以下几点。

（1）区域发展的不平衡性问题。这一问题直接导致负荷中心偏离发电地点，从而导致潮流分布严重不均匀。

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