霍群海 韓立博 韋統(tǒng)振 賈東強(qiáng)

（中國(guó)科學(xué)院電工研究所 北京 100190）

1 引言

D-FACTS 技術(shù)（Distribution-Flexible AC Transmission System，又稱定制電力技術(shù)）可以增強(qiáng)配電系統(tǒng)可控性及靈活性，成為近年來的研究熱點(diǎn)。D-FACTS 技術(shù)是將現(xiàn)代電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)和配電自動(dòng)化技術(shù)等諸多學(xué)科技術(shù)交叉結(jié)合而產(chǎn)生的新一代供用電技術(shù)。隨著對(duì)D-FACTS 技術(shù)研究的不斷深入，出現(xiàn)了一系列與此相關(guān)的電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置：DVR（Dynamic Voltage Restorer，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器）、APF（Active Power Filter,電力有源濾波器）、D-STATCOM（Distribution Static Compensator，配電用靜止同步補(bǔ)償裝置）、UPQC（Unified Power Quality Controller,統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器）、UPS（Uninterruptable Power Supply,不間斷電源）、SSTS（Solid State Transfer Switch，固態(tài)切換開關(guān)）等。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高，并需要進(jìn)行不同電能質(zhì)量的分級(jí)管理，這將使得D-FACTS 裝置得到越來越廣泛的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)區(qū)域配電網(wǎng)電能質(zhì)量的綜合治理和實(shí)現(xiàn)不同電能質(zhì)量的分級(jí)管理，常常需要多臺(tái)D-FACTS 裝置聯(lián)合運(yùn)行，如美國(guó)德拉瓦優(yōu)質(zhì)電力園區(qū)示范項(xiàng)目中就安裝了DVR、D-STATCOM、SSTS 等多臺(tái) D-FACTS 裝置。然而，由于各種D-FACTS 裝置工作原理各不相同，它們之間的結(jié)合可以擴(kuò)展彼此的功能，也可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響。

迄今為止，國(guó)內(nèi)外已有不少學(xué)者致力于FACTS控制器間交互影響的研究。D-FACTS 設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)與FACTS 設(shè)備均相同，功能也相似。因此，D-FACTS 設(shè)備控制器間存在負(fù)交互影響問題的研究也具有十分重要的意義[1]。近年來越來越多的研究表明，由于各種D-FACTS 裝置之間的電氣耦合、控制目標(biāo)的功能重復(fù)等原因，單臺(tái)D-FACTS 裝置的多個(gè)控制回路之間、多臺(tái)D-FACTS 裝置之間以及D-FACTS 裝置與電力系統(tǒng)其它控制設(shè)備之間存在一定的負(fù)交互影響，并直接影響到供電電能質(zhì)量。例如，APF 與SVC 聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，SVC 控制器的設(shè)計(jì)要考慮到APF 的影響，否則系統(tǒng)可能會(huì)不穩(wěn)定[2]。多逆變器并網(wǎng)時(shí)，逆變器的交互影響使得系統(tǒng)存在多個(gè)諧振頻率，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量帶來負(fù)面影響[3]。配電系統(tǒng)中投入多臺(tái)配電網(wǎng)靜止無功補(bǔ)償器（DSVC）裝置時(shí)，多個(gè)DSVC 控制器間存在交互影響問題[4]。一旦出現(xiàn)交互影響問題，輕則造成D-FACTS 裝置補(bǔ)償性能減弱，重則造成設(shè)備故障或停運(yùn)，甚至可能是整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。因此，D-FACTS 裝置交互影響及協(xié)調(diào)控制研究具有重要的實(shí)用意義。

2 D-FACTS 裝置交互影響及協(xié)調(diào)控制研究存在的問題

目前，對(duì)于D-FACTS 裝置的研究是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題之一。下面分別從研究的對(duì)象、內(nèi)容、方法和應(yīng)對(duì)策略等方面對(duì)D-FACTS 裝置交互影響及協(xié)調(diào)控制進(jìn)行闡述。

研究對(duì)象方面，各種基于單臺(tái)D-FACTS 裝置的電能質(zhì)量解決方案是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[5-10]。配電網(wǎng)中含多臺(tái)及多種D-FACTS 裝置的研究還處于初始階段，文獻(xiàn)[11]僅從經(jīng)濟(jì)性角度分析了區(qū)域配電網(wǎng)中DVR、D-STATCOM 之間容量的配比；文獻(xiàn)[12]則研究了優(yōu)質(zhì)電力園區(qū)根據(jù)電壓暫降幅度確定DVR、SSTS 設(shè)備的投切運(yùn)行問題。

研究?jī)?nèi)容方面，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)輸電系統(tǒng)FACTS 裝置間及FACTS 裝置與系統(tǒng)間的交互影響已有較多研究[13-25]，主要集中在輸電網(wǎng)中的機(jī)電穩(wěn)態(tài)交互影響、控制模態(tài)交互影響以及電磁穩(wěn)定交互和非線性交互影響等方面[17,18,20,22]。D-FACTS 與FACTS 裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法相似，但兩者控制目標(biāo)不同，由于分析FACTS 交互影響時(shí)通常采用含發(fā)電機(jī)的機(jī)電穩(wěn)態(tài)交互影響模型，而典型配電網(wǎng)中通常不需要考慮發(fā)電機(jī)模型，因此關(guān)于FACTS 交互影響的研究不能照搬到D-FACTS 研究中。

研究方法方面，分析FACTS 交互影響的方法主要有相對(duì)增益矩陣法（RGA）、奇異值分解法（SVD）和模態(tài)分析法等。這些方法在配電網(wǎng)中 D-FACTS交互影響的分析中也有一些借鑒和應(yīng)用，其中文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[4]分別采用了RGA 方法、SVD 方法分析了多臺(tái)無功補(bǔ)償器之間的交互影響問題，文獻(xiàn)[3]采用了RGA 方法分析了多臺(tái)并網(wǎng)逆變器之間的交互影響，但是上述文獻(xiàn)中，配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器D-STATCOM 所涉及到的數(shù)學(xué)建模均建立在其采用直接控制策略的基礎(chǔ)上，另外以補(bǔ)償電壓質(zhì)量問題為目的的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）等D-FACTS 裝置相關(guān)的交互影響分析還鮮見報(bào)道，因此需要深入分析比較各種研究方法的適用性，細(xì)致分析相關(guān)的交互影響機(jī)理，給出明確的物理意義。

應(yīng)對(duì)策略方面，國(guó)內(nèi)外對(duì)UPQC 裝置串聯(lián)部分和并聯(lián)部分交互影響的研究已有較多文獻(xiàn)論述[26-31]，其兩個(gè)部分可以通過單個(gè)控制電路板實(shí)時(shí)高速通訊進(jìn)行協(xié)調(diào)，因此其僅為D-FACTS 裝置間交互影響的一個(gè)特例，對(duì)于多臺(tái)D-FACTS 裝置交互影響應(yīng)對(duì)策略的研究還不多。配電網(wǎng)中安裝多臺(tái)DVR、APF 等串、并聯(lián)D-FACTS 裝置會(huì)較安裝單臺(tái)UPQC 裝置更加靈活，便于實(shí)現(xiàn)不同電能質(zhì)量的分級(jí)管理。但通常多臺(tái)D-FACTS 裝置間有一定的電氣距離，每臺(tái)D-FACTS 裝置配備獨(dú)立控制板，因此對(duì)于UPQC 交互影響的補(bǔ)償相互關(guān)聯(lián)多變量應(yīng)對(duì)策略不能直接推廣到多臺(tái)D-FACTS 裝置交互影響的問題上。

從國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀來看，針對(duì)未來配電網(wǎng)中D-FACTS 裝置大量應(yīng)用還存在以下問題需要研究：

（1）目前研究大多針對(duì)輸電網(wǎng)FACTS 裝置交互影響時(shí)的問題，未見文獻(xiàn)系統(tǒng)地研究多臺(tái)D-FACTS裝置同時(shí)接入?yún)^(qū)域配電網(wǎng)時(shí)的交互影響問題。而且，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)于單臺(tái)UPQC 串并聯(lián)單元交互影響問題有較多研究[26-31]，而對(duì)于配電網(wǎng)中多臺(tái)D-FACTS裝置間交互影響的研究則較少。

（2）目前，對(duì)于配電網(wǎng)中電能質(zhì)量問題改善策略的研究主要集中在采用單個(gè)D-FACTS 裝置來改善配電網(wǎng)局部電能質(zhì)量問題上[5-10]，未能考慮配電網(wǎng)中多臺(tái)及多種D-FACTS 裝置全系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合運(yùn)行以取得較好控制效果的問題，也未涉及優(yōu)化配置多臺(tái)及多種D-FACTS 裝置以改善電能質(zhì)量、降低系統(tǒng)投資成本的研究。

綜上所述，目前學(xué)界雖然已經(jīng)認(rèn)識(shí)到D-FACTS交互影響的問題，但還沒有合適的分析方法和解決手段。借鑒FACTS 裝置交互影響的分析方法，研究多臺(tái)D-FACTS 裝置交互影響機(jī)理、協(xié)調(diào)控制策略及優(yōu)化配置方法，可以為全系統(tǒng)最優(yōu)補(bǔ)償效果設(shè)計(jì)、最小補(bǔ)償容量設(shè)計(jì)、最佳安裝位置設(shè)計(jì)及最低投資成本設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。解決D-FACTS 裝置交互影響問題，對(duì)推進(jìn)D-FACTS 裝置在配網(wǎng)中的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。

3 D-FACTS 聯(lián)合運(yùn)行交互影響、協(xié)調(diào)控制及優(yōu)化配置研究進(jìn)展

在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《D-FACTS 裝置交互影響分析及協(xié)調(diào)控制研究》和《優(yōu)質(zhì)電力園區(qū)關(guān)鍵問題研究》支持下，項(xiàng)目組開展了D-FACTS 聯(lián)合運(yùn)行交互影響、協(xié)調(diào)控制及優(yōu)化配置的研究工作，本節(jié)對(duì)取得的研究工作進(jìn)展進(jìn)行介紹。

3.1 D-FACTS 裝置交互影響研究

D-FACTS 裝置間的負(fù)交互影響是影響系統(tǒng)電能質(zhì)量控制效果的根本原因。所以，本研究擬從多臺(tái)D-FACTS 裝置間交互影響及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響入手，考慮多臺(tái)D-FACTS 裝置間補(bǔ)償量的影響及對(duì)電力系統(tǒng)影響的各種因素，建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，從而得到多臺(tái)D-FACTS 裝置之間及D-FACTS裝置與配電網(wǎng)之間相互耦合的數(shù)學(xué)模型；利用數(shù)學(xué)模型對(duì)典型電能質(zhì)量問題進(jìn)行分析，研究其同時(shí)進(jìn)行電壓、電流和有功、無功補(bǔ)償時(shí)，彼此之間、D-FACTS 裝置與配電網(wǎng)之間的影響，得到在系統(tǒng)工作時(shí)影響配電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的各種因素和特征描述，如補(bǔ)償電壓對(duì)補(bǔ)償電流的影響深度、補(bǔ)償量對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響等，并與基于仿真軟件的電磁仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

針對(duì) D-FACTS 交互影響問題，首先從單臺(tái)D-FACTS 裝置出發(fā)，分析D-STATCOM 交直流控制回路交互影響機(jī)理及D-STATCOM 與電力系統(tǒng)之間交互影響。進(jìn)而分析系統(tǒng)中多D-FACTS 交互影響問題，取得的進(jìn)展有：

（1）針對(duì)D-FACTS 裝置不同控制回路間可能存在的交互影響問題,以配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器（D-STATCOM）為例,建立其交直流控制回路的數(shù)學(xué)模型。引入相對(duì)增益矩陣（RGA）的方法對(duì)其交直流控制回路之間存在的靜態(tài)交互影響進(jìn)行定量的分析，研究了負(fù)載等因素與D-STATCOM 交直流控制回路之間耦合作用的關(guān)聯(lián)機(jī)理。并針對(duì)某些時(shí)變負(fù)荷提出了變功率因數(shù)策略以避免補(bǔ)償裝置交直流控制回路之間存在的負(fù)交互影響。分析了交互影響數(shù)據(jù)的物理意義，提出了D-STATCOM 交直流控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)則[32]。

（2）針對(duì)統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）切換運(yùn)行模式時(shí)引起的小擾動(dòng)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)交互影響問題，建立了包括串、并聯(lián)變流器控制在內(nèi)的小信號(hào)模型，對(duì)比分析了串、并聯(lián)變流器獨(dú)立運(yùn)行以及聯(lián)合運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)性能，并以特征根靈敏度的方法研究了控制參數(shù)、負(fù)荷等因素與UPQC 運(yùn)行模式切換時(shí)的小擾動(dòng)穩(wěn)定性的關(guān)聯(lián)機(jī)理。該結(jié)論可為UPQC 的參數(shù)設(shè)計(jì)提供部分參考依據(jù)，最后提出了可減少串并聯(lián)變流器與電網(wǎng)之間能量交換、提高串聯(lián)變流器利用率的新型功率流協(xié)調(diào)控制策略[33]。

（3）針對(duì)在區(qū)域性配電網(wǎng)中分散安裝補(bǔ)償裝置時(shí)，由于參數(shù)不匹配等原因引起嚴(yán)重的交互影響問題，以 D-STATCOM為例，建立了電網(wǎng)與D-STATCOM 諧波阻抗模型，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)電路進(jìn)行化簡(jiǎn)，當(dāng)電網(wǎng)阻抗與D-STATCOM 的參數(shù)不匹配時(shí)，兩者的等效諧波阻抗會(huì)在某頻率處幅值相近，相位相反，進(jìn)而會(huì)引起串并聯(lián)諧振，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在分析其產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的解決方案，包括優(yōu)化控制參數(shù)等措施，從而使得兩者聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)有足夠的相位裕度和幅值裕度。最后結(jié)合時(shí)域仿真對(duì)相關(guān)結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，相關(guān)的理論推導(dǎo)以及交互影響機(jī)理也可以推廣至多臺(tái)D-FACTS 裝置聯(lián)合運(yùn)行模式的分析中[34]。

3.2 D-FACTS 裝置協(xié)調(diào)控制研究

提出的配電網(wǎng)中多臺(tái)及多種D-FACTS 裝置全系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合問題，難點(diǎn)是不同的D-FACTS 采用的是不同的控制策略，需要區(qū)分哪些D-FACTS 裝置需要協(xié)調(diào)、如何協(xié)調(diào)、控制目標(biāo)等，首先從單臺(tái)D-FACTS 裝置統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPQC）出發(fā)，分析UPQC 串并聯(lián)部分協(xié)調(diào)控制機(jī)理，進(jìn)而以電壓調(diào)節(jié)裝置和無功調(diào)節(jié)裝置之間、電壓調(diào)節(jié)裝置和電流調(diào)節(jié)裝置之間以及電壓調(diào)節(jié)裝置與電壓調(diào)節(jié)裝置之間的協(xié)調(diào)控制為目標(biāo)來分析D-FACTS 裝置協(xié)調(diào)控制問題，取得的進(jìn)展有：

（1）為改善多D-FACTS 裝置聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)的成本上升、效率降低和負(fù)交互影響等問題，提出一種“先并后串”、“主并支串”新型分散式電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（圖1）及其無線控制運(yùn)行策略，分析了其運(yùn)行原理及分散式電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器與系統(tǒng)端、負(fù)荷端的功率流動(dòng)關(guān)系。該種分散式電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器主要有兩種運(yùn)行模式：在PCC 母線端電壓處于正常范圍內(nèi)時(shí)，并聯(lián)變流器負(fù)責(zé)補(bǔ)償負(fù)載端所需無功，提高該饋線電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)；而當(dāng)PCC 母線電壓發(fā)生跌落時(shí)，該饋線負(fù)載側(cè)各支路串聯(lián)變流器開始投入運(yùn)行，補(bǔ)償其所在支路敏感負(fù)荷端電壓。仿真結(jié)果表明提出的分散式電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器有效可行[35]。

（2）在直流母線端帶儲(chǔ)能單元的UPQC 常規(guī)控制中，其串聯(lián)變流器主要輸出有功功率處理電壓暫降問題，通常處于待機(jī)狀態(tài)，未得到充分利用。針對(duì)所設(shè)計(jì)的UPQC 結(jié)構(gòu)，提出基于有功環(huán)流的功率流協(xié)調(diào)控制策略，利用串聯(lián)變流器輸出無功功率，分擔(dān)并聯(lián)變流器的無功補(bǔ)償功能。通過分析系統(tǒng)中功率流和有功環(huán)流的變化，得到串并聯(lián)變流器的無功分配策略、串聯(lián)變流器的復(fù)合控制策略和儲(chǔ)能單元的補(bǔ)償策略，實(shí)現(xiàn)了UPQC 各單元的協(xié)調(diào)控制[36]。

圖1 新型分散式電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器Fig.1 The new topology of scattered power quality Conditioner (SPQC) in a distribution network

（3）針對(duì)直流母線端無大容量?jī)?chǔ)能的UPQC，提出了一種新型協(xié)同運(yùn)行策略。在電網(wǎng)電壓處于正常范圍內(nèi)時(shí)，串聯(lián)變流器以減少電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)角度的方式補(bǔ)償部分無功功率，從而可以減少并聯(lián)變流器的容量需求。電壓深度跌落時(shí)，串聯(lián)變流器始終以注入最大電壓的方式減少與并聯(lián)變流器之間的有功交換，從而可減弱兩變流器之間的能量耦合[33]。同時(shí)提出了基于新型協(xié)同運(yùn)行策略的容量設(shè)計(jì)方案，在負(fù)荷功率因數(shù)角所在的大部分區(qū)間內(nèi)，可有效的減少補(bǔ)償裝置的總?cè)萘啃枨蟆?/p>

若定義參數(shù)e為：

其中S′，S 分別表示新型運(yùn)行策略和傳統(tǒng)運(yùn)行策略所需最小容量，e 表示新型運(yùn)行策略比傳統(tǒng)運(yùn)行策略所節(jié)省的容量百分比,實(shí)際上也是函數(shù)e 關(guān)于負(fù)荷功率因數(shù)角φ 的數(shù)學(xué)函數(shù)，因此可進(jìn)一步作出相應(yīng)的關(guān)聯(lián)示意圖如圖2 所示。由圖2 可以看出，在負(fù)荷功率因數(shù)角處于 51°時(shí)，可減少補(bǔ)償裝置27%的容量需求。

圖2 所節(jié)省的容量百分比e 與φ關(guān)聯(lián)示意圖Fig.2 The relationship between eand φ

（4）為滿足動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）大容量、高可靠性和靈活性的要求，探討適合多個(gè)DVR 裝置串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法。提出了集中控制方式和分散控制方式，并進(jìn)一步細(xì)分為五種運(yùn)行模式，其中集中控制方式又細(xì)分為按容量比分配、按各自容量限幅分配以及按各自功能分配各自補(bǔ)償電壓的三種運(yùn)行模式，分散控制方式又細(xì)分為均分參考補(bǔ)償電壓和依容量限幅分配參考補(bǔ)償電壓兩種運(yùn)行模式[37]。

（5）為滿足D-STATCOM 大容量、高可靠性的要求，借鑒電力系統(tǒng)有功負(fù)荷分配的思路和方法，探討適合多臺(tái)D-STATCOM 并聯(lián)補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行模式。以多臺(tái)D-STATCOM為例，提出了基于等運(yùn)行損耗微增率的無功功率分配方案，將多臺(tái)D-STATCOM模塊并聯(lián)運(yùn)行時(shí)參考電流的分配問題轉(zhuǎn)化為損耗的經(jīng)濟(jì)分配問題。依照等運(yùn)行損耗微增率構(gòu)建方程組，可求得n 臺(tái)D-STATCOM 應(yīng)該輸出的無功電流參考值。

3.3 D-FACTS 裝置優(yōu)化配置研究

提出的多臺(tái)及多種D-FACTS 裝置優(yōu)化配置問題，難點(diǎn)是D-FACTS 裝置種類較多，功能各不相同，D-FACTS 裝置選取和優(yōu)化配置目標(biāo)難以設(shè)定，項(xiàng)目組采用最小補(bǔ)償容量設(shè)計(jì)、最佳安裝位置設(shè)計(jì)及最低投資成本設(shè)計(jì)為約束條件分析D-FACTS 裝置優(yōu)化配置問題[38-40]，取得的進(jìn)展有：

（1）針對(duì)高滲透下分布式發(fā)電配電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓質(zhì)量問題,提出采用配有大容量?jī)?chǔ)能的電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器（VQC）進(jìn)行改善。通過分析含有 VQC的高滲透分布式發(fā)電系統(tǒng)的功率流模型,確定VQC的使用環(huán)境。通過分析VQC 在直流側(cè)儲(chǔ)能存在與否兩種情況下的能量需求,確定VQC 串并聯(lián)容量的計(jì)算方法。針對(duì)所提出的優(yōu)化配置的數(shù)學(xué)模型和約束條件,提出了基于遺傳算法的VQC 優(yōu)化配置策略,實(shí)現(xiàn)了VQC 串并聯(lián)容量的合理分配,有效地解決了相關(guān)電壓質(zhì)量問題[38]。

（2）在電力系統(tǒng)中安裝DVR，需要確定安裝容量及位置，考慮的因素有配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性、線路阻抗參數(shù)等。DVR 儲(chǔ)能單元成本高，且與容量正相關(guān)，通過合理配置，可以減少DVR 總?cè)萘?，進(jìn)而降低DVR 配置總成本。建立了含多臺(tái)DVR的配電網(wǎng)簡(jiǎn)化模型，分析了不同位置DVR 安裝容量需求。以各敏感負(fù)載工作電壓范圍為約束條件，以DVR 總?cè)萘繛槟繕?biāo)函數(shù)，基于遺傳算法提出了配電網(wǎng)中多臺(tái)DVR 的優(yōu)化配置策略，在保障所有負(fù)載正常工作的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)中DVR 總?cè)萘孔钚〉膬?yōu)化配置目標(biāo)。最后，選取了典型算例，對(duì)提出的優(yōu)化配置策略在配電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究[39]。

（3）基于DVR、D-STATCOM 和典型配電網(wǎng)系統(tǒng)模型，分析了同一網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)DVR、D-STATCOM協(xié)同工作數(shù)量關(guān)系，為在多臺(tái)多類D-FACTS 裝置在配電網(wǎng)中的優(yōu)化配置提供依據(jù)?；谶z傳算法，給出了電壓暫降時(shí)DVR、D-STATCOM 容量的計(jì)算方法，考慮各類裝置的單位成本，提出了配電網(wǎng)中多臺(tái)DVR 和D-STATCOM 在電壓暫降時(shí)的優(yōu)化配置策略。

為驗(yàn)證所提出的配電網(wǎng)中D-FACTS 裝置配置方法的有效性及經(jīng)濟(jì)性，采用IEEE 14 節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。算例分析結(jié)果表明該策略簡(jiǎn)單易行、切實(shí)有效，可為多臺(tái)D-FACTS 裝置在配電網(wǎng)中的優(yōu)化配置應(yīng)用提供理論與技術(shù)支持[40]。

4 未來工作展望

論文雖然從多臺(tái)D-FACTS 裝置間交互影響的作用機(jī)理、協(xié)調(diào)控制策略及優(yōu)化配置方法三個(gè)方面開展了相關(guān)研究工作，由于時(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件限制，研究過程中主要以串并聯(lián)變流器共用直流母線（UPQC）、串并聯(lián)補(bǔ)償器不共用直流母線等較為簡(jiǎn)單的拓?fù)錇榛A(chǔ)，分別對(duì)相關(guān)的特性進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上，還存在一些研究工作有待完善。

（1）主要以安裝于主饋線上的D-STATCOM為例，采用諧波阻抗模型法分析了D-STATCOM 與電網(wǎng)之間的交互影響，可以在此基礎(chǔ)上研究區(qū)域性配電網(wǎng)中安裝于不同主饋線或者支路上的多臺(tái)D-FACTS 裝置之間的交互影響問題及解決方案。

（2）主要以自帶大功率儲(chǔ)能和不帶大功率儲(chǔ)能的“前串后并”式UPQC為例，采用矢量圖的方法研究了串聯(lián)變流器與并聯(lián)變流器的協(xié)調(diào)控制問題，在此基礎(chǔ)上，可以研究“前并后串”式UPQC 的協(xié)調(diào)控制或者其他相關(guān)特性問題。

（3）主要以節(jié)點(diǎn)較少的區(qū)域性配電網(wǎng)為基礎(chǔ)，研究了DVR 與D-STATCOM 的優(yōu)化配置問題，其約束條件與優(yōu)化目標(biāo)較為簡(jiǎn)單，可在此基礎(chǔ)上研究節(jié)點(diǎn)數(shù)較多、補(bǔ)償裝置種類較多的復(fù)雜配電網(wǎng)的多D-FACTS 優(yōu)化配置問題，也可以增加約束條件，例如其余的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)等，也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況增加目標(biāo)函數(shù)，例如運(yùn)行成本、效率等因素。

5 總結(jié)

本文主要針對(duì)區(qū)域性配電網(wǎng)多臺(tái)D-FACTS 裝置聯(lián)合運(yùn)行開展的研究工作進(jìn)行了綜述，主要內(nèi)容如下：

（1）針對(duì)區(qū)域性配電網(wǎng)中D-FACTS 裝置相關(guān)的交互影響問題，以安裝于主饋線上的D-STATCOM為例，采用諧波阻抗法分析了其與電網(wǎng)阻抗之間的交互影響，并提出了相應(yīng)的解決方案。以UPQC為例，建立了包含其固有參數(shù)、控制參數(shù)在內(nèi)的狀態(tài)空間模型，分析了各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

（2）針對(duì)多臺(tái)D-FACTS 裝置間協(xié)調(diào)控制研究時(shí)，對(duì)區(qū)域性配電網(wǎng)中共用直流母線的串并聯(lián)變流器聯(lián)合補(bǔ)償問題，以自帶和不帶大功率儲(chǔ)能的UPQC為例，研究了兩者之間的協(xié)調(diào)控制問題，針對(duì)所設(shè)計(jì)的帶大功率儲(chǔ)能UPQC 結(jié)構(gòu)，提出基于有功環(huán)流的功率流協(xié)調(diào)控制策略。針對(duì)不帶大功率儲(chǔ)能的UPQC 結(jié)構(gòu)，提出了基于新型協(xié)同運(yùn)行策略的容量設(shè)計(jì)方案。針對(duì)大容量場(chǎng)合下多臺(tái) D-FACTS裝置聯(lián)合運(yùn)行的問題，以多臺(tái)DVR 串聯(lián)補(bǔ)償為例提出了集中控制方式和分散控制方式。

（3）針對(duì)配電網(wǎng)中各臺(tái)D-FACTS 裝置容量未經(jīng)充分優(yōu)化的問題，分別以區(qū)域性配電網(wǎng)中只安裝DVR、同時(shí)安裝DVR 與D-STATCOM為例，建立了包含上述D-FACTS 裝置的配電網(wǎng)簡(jiǎn)化模型，分析了不同位置D-FACTS 安裝容量需求。以節(jié)點(diǎn)電壓等因素為約束條件，以總成本為目標(biāo)函數(shù)，基于遺傳算法，提出了配電網(wǎng)中多臺(tái)D-FACTS 的優(yōu)化配置策略。

[1]陳繼開,王振浩,姚艷菊等.配電系統(tǒng)中D-FACTS設(shè)備運(yùn)行交互影響研究[J].電測(cè)與儀表,2014,51(9)：50-56.CHEN Ji-kai，WANG Zhen-hao，YAO Yan-ju.Study on interactions of DFACTS devices operating in distribution system[J].Electrical Measurement ＆Instrumentation,2014,51(9)：50-56.

[2]鄧禮寬,姜新建,朱東起,陳峻嶺.APF 和SVC 聯(lián)合運(yùn)行的穩(wěn)定控制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005,29(18)：29-32,94.DENG Li-kuan,JIANG Xin-jian,ZHU Dong-qi,CHEN Jun-ling.Stability control of a combined system of APF and SVC[J].Automation Of Electric Power Systems,2005,29(18)：29-32,94.

[3]胡偉,孫建軍,馬謙等.多個(gè)并網(wǎng)逆變器間的交互影響分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2014,38(9)：2511-2518.HU Wei,SUN Jianjun,MA Qian et al.Analysis on interactive influences among Multi-Grid-Connected Inverters[J].Power System Technology,2014,38(9)：2511-2518.

[4]王振浩,姚艷菊,陳繼開等.基于SVD 方法的多臺(tái)配電網(wǎng)靜止無功補(bǔ)償器交互影響分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2014,42(7)：103-109.Wang Zhenhao,Yao Yanju,Chen Jikai.Interactions analysis of multiple DSVC controllers based on SVD method[J].Power System Protection and Control,2014,42(7)：103-109.

[5]Qasim,M.,Khadkikar V.Application of artificial neural networks for shunt active power filter control[J].IEEE Transactions on Industrial Informatics,2014,10(3)：1765-1774.

[6]Pengpai Dang,Ellinger,T.,Petzoldt J.Dynamic interaction analysis of APF systems[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2014,61(9)：4467-4473.

[7]Jothibasu S.,Mishra M.K.A control scheme for storageless DVR based on characterization of voltage Sags[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2014,29(5)：2261-2269.

[8]Fernandes D.,Costa,F.,Vitorino,M.A method for averting saturation from series transformers of dynamic voltage restorers[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2014,29(5)：2239-2247.

[9]Kumar C.,Mishra M.K.A voltage-vontrolled D-STATCOM for power-quality improvement[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2014,29(3)：1499-1507.

[10]Kumar C.,Mishra M.K.An Improved Hybrid D-STATCOM Topology to Compensate Reactive and Nonlinear Loads[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2014,61(12)：6517-6527.

[11]Morris Brenna,Roberto Faranda,Enrico Tironi.A New Proposal for Power Quality and Custom Power Improvement：OPEN UPQC[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2009,24(4)：2107-2116.

[12]Alexander Domijan,Jr Alejandro Montenegro,Albert J.F.Keri,Kenneth E.Custom Power Devices：An Interaction Study[J].IEEE Transactions on Power Systems,2005,20(2)：1111-1118.

[13]楊曉，羅安，徐先勇，鐘晨.電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器電磁干擾產(chǎn)生原因及解決方法[J].電力電子技術(shù),2009,43(10)：63-65.YANG Xiao,LUO An,XU Xian-yong,ZHONG Chen.The Cause and its Solutions of EMI in Power Quality Conditioners[J].Power Electronics,2009,43(10)：63-65.

[14]李亮,鄒振宇,江全元,曹一家.SVC 和TCSC 控制器間交互分析[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,5(01)：78-81.Li Liang,Zou Zhenyu,Jiang Quanyuan,Cao Yijia.Interaction Analysis Between SVC and TCSC Controllers in Multi-Machine Power System[J].Journal of Southern Yangtze University(Natural Science Edition,2006,5(01)：78-81.

[15]田林靜.用戶側(cè)串聯(lián)型有源電力濾波器的研究[D].華北電力大學(xué)(河北),2009.

[16]H.F.Wang.Interactions and multivariable design of STATCOM AC and DC voltage control[J].Int.J.of Electrical Power and Energy.Systems,2003,25(5)：387-394.

[17]趙劍鋒，蔣平，唐國(guó)慶，李乃湖.基于電壓型逆變器的串聯(lián)型電能質(zhì)量補(bǔ)償器與電力系統(tǒng)相互作用的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001,21(04)：75-78.ZHAO Jian-feng,JIANG Ping,TANG Guo-qing,LI Nai-hu.Study of interaction between power system and VSI based series power quality compensator[J].Proceedings of the CSEE,2001,21(04)：75-78.

[18]王敬軍.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和靜止同步補(bǔ)償器交互作用的研究[D].廣西大學(xué),2008.

[19]吳昊.STATCOM 和SVC 控制器間交互影響分析與研究[D].浙江大學(xué),2004.

[20]歐開健.STATCOM 直流側(cè)電容值對(duì)系統(tǒng)諧波含量和電容電壓波動(dòng)幅值的影響及其選擇[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2004,24(06)：6-9.OU Kai-jian.Effect of STATCOM DC capacitor on harmonic distortion and voltage fluctuation[J].Electric Power Automation Equipment,2004,24(06)：6-9.

[21]H.F.Wang.Interactions and multivariable design of multiple control functions of a unified power flow controller[J].International Journal of Electrical Power and Energy Systems,2002,24(7)：591-600.

[22]A R Messina,E Barocio,J Arroyo.Analysis of modal interaction in power systems with FACTS controllers using normal forms[J].IEEE Transactions on Power Systems,2003(3)：2111-2117.

[23]N.Martins,S.Corsi,G.Andersson,Mike J.Gibbard,Juan J.Sanchez-Gasca,Aguinaldo Silva,Glauco N.Taranto.Impact of the interaction among Power system controls.Status Report of CIGRE TF 38.02.16：1-16.

[24]楊偉，顧明星，彭靜萍.證據(jù)理論在電機(jī)故障診斷中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)和控制，2010,38(2)：64-67,97.YANG Wei,GU Ming-xing,PENG Jing-ping.Application of evidence theory in fault diagnosis for electric machine[J].Power System Protection and Control,2010,38(2)：64-67,97.

[25]H.F.Wang.Interaction analysis and coordination of SVC voltage and damping control[C].The International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and PowerTeehnologies2000，London，2000(4)：361-365.

[26]Zhili Tan,Dongjiao Zhu.A control strategy to eliminate interaction between the series and parallel compensator of UPQC[J].ICECE：International Conference on Electrical and Control Engineering,2010：4855-4858.

[27]李鵬,楊以涵.基于H ∞控制理論的 UPQC 串并聯(lián)單元協(xié)調(diào)控制的實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006,26(20)：91-97.LI Peng,YANG Yi-han.Realization for coordinated control of UPQC series unit and shunt unit based on H ∞control theory[J].Proceedings of the CSEE,2006,26(20)：91-97.

[28]李鵬.統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC 及其H ∞控制方法的研究[D].華北電力大學(xué).2003.

[29]譚智力,朱冬姣,陳堅(jiān).三相四線UPQC 直流側(cè)電容電壓波動(dòng)機(jī)理及抑制方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2010,34(07)：61-65,74.Tan Zhili1,Zhu Dongjiao,Chen Jian.DC side capacitor voltage fluctuation reason and inhibition method for three-phase four-wire UPQC[J].Automation Of Electric Power Systems,2010,34(07)：61-65,74.

[30]Dongjiao Zhu,Zhili Tan.A new method to design the dc voltage controller for UPQC[J].2nd IEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems.2010,2：196-199.

[31]Hui Zhang,Jinjun Liu,Xinming Huang,Zhaoan Wang.Design of a new DC link voltage controller for universal power quality controllers[C].Twenty Second Annual Applied Power Electronics Conference(APEC2007),2007：473-477.

[32]賈東強(qiáng),韋統(tǒng)振,霍群海.D-STATCOM 交直流控制回路交互影響分析[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2013,S2：324-330.Jia Dongqiang,Wei Tongzhen,Huo Qunhai.The Interaction Analysis Between AC and DC Control Loop of DSTATCOM[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2013,S2：324-330.

[33]賈東強(qiáng),韋統(tǒng)振,霍群海.UPQC 切換運(yùn)行模式的小信號(hào)分析及協(xié)調(diào)控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2014,38(13)：187-195.Jia Dongqiang,Wei Tongzhen,Huo Qunhai.Smallsignal analysis and coordinated control strategy of UPQC switching aperation mode[J].Automation of Electric Power Systems,2014,38(13)：187-195.

[34]Dongqiang Jia,Tongzhen Wei,Qunhai Huo.The Interaction analysis between power grid and D-STATCOM[C].IEEE Transportation Electrification Conference &Expo (ITEC),2014.

[35]賈東強(qiáng),韋統(tǒng)振,霍群海.新型分散式電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器運(yùn)行研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2013,S2：256-261.Jia Dongqiang,Wei Tongzhen,Huo Qunhai.Research on operation of new scattered power quality conditioner[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2013,S2：256-261.

[36]馮興田,韋統(tǒng)振,齊智平.電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器功率流協(xié)調(diào)控制策略[J].電網(wǎng)技術(shù),2013,37(01)：218-223.FENG Xingtian,WEI Tongzhen,QI Zhiping.Coordinated control strategy of power flow in voltage quality conditioner[J].Power System Technology,2013,37(01)：218-223.

[37]賈東強(qiáng)，韋統(tǒng)振，霍群海，齊智平.雙DVR 協(xié)同補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行模式研究[J]電力自動(dòng)化設(shè)備,2013,33(9)：74-81.Jia Dongqiang,Wei Tongzhen,Huo Qunhai,Qi Zhiping.Operating modes with dual-DVR coordinated compensation[J].Electric Power Automation Equipment,2013,33(9)：74-81.

[38]馮興田，韋統(tǒng)振，齊智平.配網(wǎng)中電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器的優(yōu)化配置研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012,40(8)：78-83.FENG Xing-tian,WEI Tong-zhen,QI Zhi-ping.Optimal allocation of voltage quality conditioner in distribution network[J].Power System Protection and Control,2012,40(8)：78-83.

[39]盛曉光,韋統(tǒng)振,馬明,霍群海.配電網(wǎng)中多臺(tái)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的優(yōu)化配置研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2013,37(10)：2991-2996.SHENG Xiaoguang,WEI Tongzhen,MA Ming,HUO Qunhai.Optimal configuration of multiple DVRs in distribution network[J].Power System Technology,2013,37(10)：2991-2996.

[40]Sheng Xiaoguang,Tongzhen Wei,Qunhai Huo.Optimal configuration of Multi-D-FACTS joint operation in distributed network[C].IEEE Transportation Electrification Conference &Expo (ITEC),2014.