文献综述（或调研报告）：
一、FACTS与UPFC原理及模型的构建
- 柔性交流输电系统是指配备电力电子型或其他静止型控制器以加强系统可控性和增加功率传输能力的交流输电系统。以高速大容量电力电子技术为基础，相比传统电力系统控制方式，其响应速度更快、可控性更好、控制能力更强。
- UPFC是一种串、并联组合型FACTS装置，为STATCOM和SSSC通过共用的直流端耦合而成。可处理几乎全部的潮流控制和输电线路的补偿问题。UPFC并联侧可等效为静止同步并联补偿器，串联侧可等效为静止同步串联补偿器。当串并联侧协同运行时，有功功率可通过两个换流器共用的直流侧实现双向流动。并联侧主要有两个功能：一是注入或吸收无功功率，进行无功补偿，调节UPFC接入点母线电压；二是注入或吸收有功功率，维持直流电容电压的稳定
- 文献[7]、[10]给出了UPFC的两节点数学模型；
- 文献[4]则考虑直流动态电容和考虑串并、联侧换流器间的相互影响，推出了UPFC的动态数学模型；文献[6]还推导了忽略电容器动态的动态模型，对比发现，在动态模型中考虑电容器的动态过程，可以在动态分析结果中包含电容器的充放电过程及其对系统动态性能的影响，从而在统一潮流控制器的设计与控制策略选取等方面更符合实际情况。
- 文献[4]通过分析并联侧和串联侧的工作原理，给出两节点UPFC的等效电路，在此基础上推导出两节点的功率注入模型并推导出潮流方程，利用功率注入法把对系统的作用等效为节点附加注入功率，该方法用于潮流计算时可以忽略的内部参数，只需对系统雅克比矩阵进行少量修正即可实现的基本控制功能，能够很好的兼容传统的潮流计算。稳态模型以功率注入法为理论基础，根据对节点附加注入功率表达式得到在模块中的静态模型。对于准稳态模型，先根据控制目标将其控制部分分为串联侧控制、并联侧控制和直流环节三部分，接着根据含的系统等效电路得到其接入系统部分，据此在的模块中得到了的准稳态模型。在标准节点测试系统中对所建模型进行了仿真验证，分别对单独作为串联补偿器、并联补偿器以及串并联共同作用时进行仿真，仿真数据说明所建模型是有效的，所以潮流计算均收敛。当单独作为串联补偿时，一般安装在电源侧母线上，以保证接入点电压基本恒定。
- 实际工程中会出现 UPFC 并联侧换流变压器接入低电压等级母线的结构。对该结构的 UPFC 进行仿真分析时，采用现有模型无法体现出 UPFC 对低压母线及与之相连的变电站、线路的影响。为解决上述问题，文献[1] 给出了现有的UPFC基本结构与实际工程中的UPFC特殊结构，提出了一种 UPFC 三节点功率注入模型，并采用注入功率法，推导了 UPFC 三节点功率注入模型的数学表达式，并用PSASP用户自定义功能实现了三节点功率注入模型。通过此模型在南京UPFC工程中的应用验证了该模型的正确性。
二、UPFC模型的仿真
- 电力系统分析综合程序（PSASP），是电科院推出的一款功能强大的电力系统仿真软件，能够进行潮流计算、暂态稳定分析、短路计算、网损分析、小干扰稳定分析等。UD建模是指用户根据自己的需要，用工程技术人员熟悉的概念和方法设计各种模型。UD模块包括基本功能框和输入输出信息组件。基本功能框是该模块最小组成部分。通过功能框的连接即可构建一个模型。各功能框均可根据输入量完成求输入量Y的运算
- 文献[1]利用PSASP软件的自定义模型（UD）进行建模，计算时UD从PSASP潮流程序（LF）的数据接口中读取输入信息，计算完成后再将输出信息从数据接口返回给 LF 程序，实现 LF 与 UD 的交替求解，直至受控母线电压和线路潮流达到控制目标值
- 文献[2]通过PSASP的用户自定义建模功能，将整个模型分解成若干个相互关联的子模型，采用等值注入电流法体现UPFC对电压和潮流的控制能力，采用CEPRI-7节点系统进行仿真，结果发现所建立的模型合理准确；采用常规PI控制器，UPFC可对线路潮流及母线电压进行快速有效地调节，在调整线路有功功率、无功功率和母线电压中的某一量时，会引起其他量的变化，有必要实现各目标间的协调控制。
- 文献[4]通过IEEE-14节点测试系统进行了验证，选用接入点功率作为潮流计算UD模型的输出信息，采用理论比较完善的线性解耦控制方式对其动态模型进行分析。验证结果表明所建模型的有效性，并且具有较好的收敛性。仿真结果表明具有强大的潮流调节功能，能够有效提高线路输送容量和暂态稳定性。
- 文献[7]采用仿真工具PSAT1.3.4对WSCC-3机9节点系统进行仿真，发现系统除了平衡节点和电源节点外，安装 UPFC 后节点电压都有所提高，节点的灵敏度也在一定程度上有所改善; 当节点量增加时，仿真得到的各节点的灵敏度与初始系统相比在装设UPFC后节点指标也都有所改善，特别是在节点安装处指标值改善最为明显，说明系统装设 UPFC后能使电压低的节点得到改善，对线路的潮流能有效的控制，提高了系统的电压稳定性，但是只是针对简单系统，对于复杂系统UPFC的控制能力还有待进一步研究。
三、UPFC模型的动态调节能力
- 文献[8] 分析和评述了各种基于静态和动态的电压稳定性研究方法，以及电压稳定的指标计算、预想事故选择和控制措施，总结了各阶段的研究成果：
静态方法的优点是将一个复杂的微分方程解的性态研究看成是简单的非线性代数方程实数解的存在性研究：其缺点是不能反映各元件的动态特性．且将电力系统的潮流极限作为小干扰电压稳定的极限点．而这仅是电压稳定的必要条件而非充分条件．因而其结果大多是乐观的。
动态分析方法，具体可分为小干扰电压稳定性分析、暂态电压稳定性分析和长期电压稳定性分析。小干扰法的数学原理清晰，但由于电力系统的动态元件非常多，其时间常数可从很短的暂态时间(几秒)过渡到几分钟甚至几十分钟，所以建立整个系统完整的运行点的线性化微分方程系数矩阵是很困难的；用时域仿真法进行电压暂态稳定分析是最为精确的方法，但时域仿真积分速度慢，特别是计算稳定极限时，分析量非常大；长期电压稳定性分析方法方法在安全分析和实时应用上有较好的精度和速度，但对于某些严重事故，长期电压稳定性分析方法会忽略暂态电压失稳问题；其次，长期电压稳定性分析方法无法给出长期电压不稳定所导致的最终以暂态形式表现出来的电压崩溃现象。
- 文献[2] 设计了非线性最优控制器，仿真结果证明，非线性最优控制可有效提高系统的小干扰稳定水平，改善系统的暂态稳定性；与强补相位补偿控制的对比结果证明，非线性最优控制可统一处理系统的暂态稳定控制和阻尼控制问题，效果优于强补相位补偿控制；通过理论及仿真手段分析非线性控制参数对控制效果的影响，结论是在不严重超过装置输出限制的前提下尽可能选用较大的反馈增益系数。
- 文献[3]研究了UPFC控制方式对电压稳定的影响研究。分别通过定功率控制、移相控制、阻抗补偿控制以及电压调节控制这四种控制方式对系统电压稳定影响进行比较。结果发现，在一定的控制目标下，这四种控制方式均能提高电压稳定。通过改变每种控制方式下的控制目标与控制器参数，讨论每种控制方式下的控制目标以及控制器参数与电压稳定的关系，通过大量的仿真计算并总结经验，得出以下结论：定功率控制和阻抗补偿控制的控制目标值对电压稳定的影响较大，而移相调节控制与电压调节控制的控制目标值对电压稳定的影响不大。
- 文献[5] 基于感应电动机的电磁转矩转差特性分别研究了SVC、TCSC、SVC和TCSC联合运行对电力系统暂态电压稳定的影响，并利用所建模型基于时域仿真法进行了验证。研究表明SVC和TCSC的加入均可以缩短扰动后负荷电压的恢复时间，延长极限故障切除时间，从而改善系统的暂态电压稳定性。在负荷正常运行电压相等的前提下，定阻抗控制在提高暂态电压稳定性方面略高于定功率控制。无论从负荷恢复时间还是极限故障切除时间来看，SVC和TCSC联合运行都比SVC或TCSC单独作用时对系统暂态电压稳定性的提高更为显著。在稳态端电压相同的前提下，无论是从负荷恢复时间，还是从临界故障切除时间的角度来看，采用TCSC非线性控制的系统比采用定阻抗控制的系统具有更高的暂态电压稳定性，这显示了非线性控制的优越性。
参考文献：
[1]王海潜,祁万春,乔黎伟,吴晨,陈曦,吴熙. UPFC三节点功率注入模型及其工程应用[J]. 电力系统保护与控制,2016,18:145-151.
[2]杨尚瑾. 统一潮流控制器（UPFC）多目标协调控制及稳定控制策略研究[D].中国电力科学研究院,2013.
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