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电工技术学报 2025年第1期40卷 52-63页

作者：邵晨颜湘武贾焦心吴炜林李秉桢河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学) 保定071003

随着有源配电网建设的迅猛发展,“花瓣型”配电网已成为主流供电结构,为保障配电系统的安全供电,应当进一步研究适用于有源配电网的功率控制方法。电磁式旋转潮流控制器(RPFC)是有源配电网功率控制的一种可行方案。该文首先构建了基于... 详细信息

随着有源配电网建设的迅猛发展,“花瓣型”配电网已成为主流供电结构,为保障配电系统的安全供电,应当进一步研究适用于有源配电网的功率控制方法。电磁式旋转潮流控制器(RPFC)是有源配电网功率控制的一种可行方案。该文首先构建了基于瞬时无功理论的RPFC稳态功率解耦控制模型,然而由于旋转移相变压器转子位置角的协调控制难点,难以实现功率稳定控制;然后,通过伺服电动机两阶段转速控制和转速协调方案实现两转子角的稳定、无差控制,满足高精度、高可靠性和快速响应的功率调节需求;最后,研制了380 V/40 kV·A的RPFC样机及实验平台,并进行了功率调控和功率均衡实验。结果表明,所提控制方案能够在s级实现调控,且控制精度保持在4%以内,具有良好的动、静态性能,能够满足未来“花瓣型”配电网的柔性合环运行。

关键词： “花瓣型”配电网旋转潮流控制器功率控制两阶段转速控制

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考虑配电台区经济性及承载力的旋转潮流控制器与分布式储能协调规划

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电工技术学报 2025年第5期40卷 1503-1520页

作者：颜湘武卢俊达吴鸣邵晨贾焦心河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学) 保定071003 国网上海能源互联网研究院有限公司上海201210

面对新能源发电及多元负荷的高比例接入,配电台区出现网架结构薄弱、局部负荷分配不均、承载能力不足等问题。旋转潮流控制器(RPFC)作为一种电磁式柔性互联装置,具有单位投资成本低、运行维护简单等优势,可从空间上对线路潮流进行柔性调... 详细信息

面对新能源发电及多元负荷的高比例接入,配电台区出现网架结构薄弱、局部负荷分配不均、承载能力不足等问题。旋转潮流控制器(RPFC)作为一种电磁式柔性互联装置,具有单位投资成本低、运行维护简单等优势,可从空间上对线路潮流进行柔性调控,分布式储能系统(DESS)可从时间上转移源荷功率,二者协调配合将共同提升配电台区的经济性及承载力。该文提出一种考虑配电台区经济性及承载力的RPFC与DESS三层协调规划方法。首先,构建RPFC及DESS的数学模型;其次,建立RPFC与DESS三层规划框架,其中,顶层为RPFC选址定容层,以RPFC综合投资成本最小为目标,中层为DESS选址定容层,以DESS投资成本最小为目标,底层为协调运行优化层,从安全性、经济性、灵活性三方面建立配电台区综合承载力指标并以此为目标优化运行功率;然后,基于三层规划框架,建立RPFC与DESS三层协调规划模型并采用改进引力场算法结合二阶锥规划的混合优化算法分层求解;最后,通过仿真算例验证了所提规划模型和求解算法的可行性与有效性。

关键词：配电台区承载力旋转潮流控制器分布式储能系统协调规划

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面向配电台区经济性及综合承载力提升的旋转潮流控制器双层规划模型

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电工技术学报 2025年第7期40卷 2078-2094页

作者：颜湘武卢俊达贾焦心吴鸣牛耕河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学) 保定071003 国网上海能源互联网研究院有限公司上海201210

新能源高比例接入会导致配电台区出现网架结构薄弱、局部负荷分配不均等承载力不足问题,通过台区柔性互联可解决上述问题,但电力电子式互联装置过高的投资及运维成本限制了其广泛应用。为此,该文提出一种面向配电台区经济性及综合承载... 详细信息

新能源高比例接入会导致配电台区出现网架结构薄弱、局部负荷分配不均等承载力不足问题,通过台区柔性互联可解决上述问题,但电力电子式互联装置过高的投资及运维成本限制了其广泛应用。为此,该文提出一种面向配电台区经济性及综合承载力提升的旋转潮流控制器(RPFC)双层规划模型。首先,建立RPFC的稳态潮流模型,提出含RPFC的配电台区柔性互联结构;其次,构建含RPFC的配电台区双层规划模型,上层为RPFC选址定容层,以配电台区总投资成本最小为目标确定RPFC最优容量与位置,下层为运行优化层,构建考虑安全性、经济性、灵活性的综合承载力指标体系,并以综合承载力最高为目标优化RPFC运行功率;然后,为提高寻优速度和精度,提出一种改进引力场结合二阶锥规划的混合优化算法求解该双层规划模型;最后,将所提模型与其他规划模型进行对比,结果表明所提模型在降低配电台区总投资成本的同时提高了配电台区综合承载力。

关键词：配电台区综合承载力旋转潮流控制器改进引力场算法双层规划

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考虑旋转潮流控制器和需求响应的配电网新能源承载力评估方法

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电力系统及其自动化学报 2025年第2期37卷 58-67,77页

作者：颜湘武李洋洋卢俊达郭美辰杜春林吴鸣华北电力大学河北省分布式储能与微网重点实验室保定071003 国网湖南省电力有限公司衡阳供电公司衡阳421200 国网上海能源互联网研究院有限公司上海201210

针对高比例分布式新能源接入导致配电网系统能量出现时空维度下的不平衡问题,提出考虑旋转潮流控制器和需求响应的配电网新能源承载能力评估方法。首先,构建新型电力系统下的旋转潮流控制器和需求响应模型。其次,建立分布式新能源承载... 详细信息

针对高比例分布式新能源接入导致配电网系统能量出现时空维度下的不平衡问题,提出考虑旋转潮流控制器和需求响应的配电网新能源承载能力评估方法。首先,构建新型电力系统下的旋转潮流控制器和需求响应模型。其次,建立分布式新能源承载力的双层优化模型,在该模型中,上层旨在最大化配电网对新能源的承载能力,优化新能源接入容量;下层旨在最小化系统的综合运行费用,调节各设备运行出力。然后,采用基于灰狼算法和二阶锥规划的混合优化算法进行求解,通过引入二阶锥松弛将优化问题转化为混合整数二阶锥规划问题。最后,采用IEEE33节点系统作为仿真算例,对不同场景下的承载力双层优化模型进行分析验证。结果表明,考虑需求响应措施和旋转潮流控制器的投入可以提高配电网的新能源承载力水平。

关键词：分布式新能源旋转潮流控制器需求响应承载力二阶锥规划

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旋转潮流控制器稳态特性研究

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电网技术 2015年第7期39卷 1921-1926页

作者：谭振龙张春朋姜齐荣秦晓辉周勤勇印永华董毅峰电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京市海淀区100084 中国电力科学研究院北京市海淀区100192

旋转潮流控制器(rotary power flow controller,RPFC)应用到电力系统潮流控制中,具有控制方法简单、输出无谐波、可靠性高、成本低的优点,但目前对其模型和控制特性的研究还并不充分。为此,分析并建立了RPFC的稳态数学模型,对RPFC的稳... 详细信息

旋转潮流控制器(rotary power flow controller,RPFC)应用到电力系统潮流控制中,具有控制方法简单、输出无谐波、可靠性高、成本低的优点,但目前对其模型和控制特性的研究还并不充分。为此,分析并建立了RPFC的稳态数学模型,对RPFC的稳态特性进行了研究,推出了RPFC注入线路电压与转子角之间的关系,分析了RPFC的潮流控制特性。RPFC注入线路的电压受转子角度的控制,当接入RPFC后,线路电压的大小和相位对转子角度的灵敏范围不同,因此对线路有功和无功调节有不同的灵敏区域,RPFC可以在一定的圆形区域内实现对线路潮流的控制,其控制范围由RPFC能注入线路电压的最大变比决定。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果,验证了对RPFC稳态模型和稳态特性分析的正确性以及RPFC对线路潮流控制的有效性和灵活性。

关键词：旋转潮流控制器稳态数学模型稳态特性潮流控制

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计及网络重构的旋转潮流控制器规划方法

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电力自动化设备 2024年第12期44卷 26-34页

作者：吴鸣郭美辰卢俊达郑楠贾焦心颜湘武国网上海能源互联网研究院有限公司上海201210 华北电力大学河北省分布式储能与微网重点实验室河北保定071003

为了在配电网中合理配置旋转潮流控制器(RPFC),提出一种计及网络内重构的区域间基于RPFC的柔性互联方法,搭建兼顾网络经济性与可靠性的双层模型。规划层对RPFC的选址定容进行求解,运行层制定配电网的重构方案与RPFC运行策略,同时评估故... 详细信息

为了在配电网中合理配置旋转潮流控制器(RPFC),提出一种计及网络内重构的区域间基于RPFC的柔性互联方法,搭建兼顾网络经济性与可靠性的双层模型。规划层对RPFC的选址定容进行求解,运行层制定配电网的重构方案与RPFC运行策略,同时评估故障状态下的网络可靠性。利用RPFC调节区域间互联线路的传输功率,促进新能源消纳,并配合网络重构以充分发挥网络灵活性,降低所需配置RPFC容量。综合考虑网络运行成本、停电损失成本、RPFC投资成本,采用改进蚁狮优化算法与二阶锥规划混合算法对模型进行求解,实现规划-运行双层互动。以改进的IEEE 33节点与IEEE 22节点互联网络为算例进行仿真,验证所提模型的有效性。

关键词：旋转潮流控制器配电网重构柔性互联选址定容运行优化混合算法

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基于余弦定理的旋转潮流控制器功率解耦控制方法

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电工技术学报 2023年第13期38卷 3425-3435页

作者：贾焦心彭维锋颜湘武邵晨李铁成河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学) 保定071003 国网河北省电力有限公司电力科学研究院石家庄050021

旋转潮流控制器(RPFC)作为一种新型电磁型装置,具有控制方式灵活、调节精度高和可靠性强等优势,可有效解决有源配电网线路潮流不均衡及配电网区间联络线的潮流越限问题,具有较好的应用前景。该文首先根据RPFC的拓扑结构建立数学模型;其... 详细信息

旋转潮流控制器(RPFC)作为一种新型电磁型装置,具有控制方式灵活、调节精度高和可靠性强等优势,可有效解决有源配电网线路潮流不均衡及配电网区间联络线的潮流越限问题,具有较好的应用前景。该文首先根据RPFC的拓扑结构建立数学模型;其次,针对RPFC接入后存在其输出有功与无功功率耦合的问题,提出了功率解耦控制方法,即基于余弦定理得到多个电气相量幅值与相位参数,根据线路有功与无功功率目标值分别计算RPFC输出电压的dq轴分量设定值,形成线路功率的闭环解耦控制;然后,将输出电压设定值合成并转换为两个旋转角的参考值,对定转子角进行闭环协调控制;最后,研制了一台容量为40 kV·A的RPFC装置样机,分别在设定值变动与负载扰动情况下进行控制实验,验证了RPFC对线路有功和无功功率解耦控制的可行性和有效性。

关键词：有源配电网旋转潮流控制器余弦定理坐标变换解耦控制

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基于旋转潮流控制器的用户侧电压调控方法

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电工技术学报 2023年第S01期38卷 70-79,113页

作者：颜湘武彭维锋邵晨贾焦心李铁成河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学) 保定071003 国网河北省电力有限公司电力科学研究院石家庄050021

针对高比例光伏并网引起的用户侧电压越限问题,可采用由旋转移相变压器(RPST)构成的旋转潮流控制器(RPFC)进行电压调控。首先,分析了RPST与RPFC的工作原理;然后,对比研究了两者的调压方式,指出RPFC具有更好的应用前景,并进一步提出了RPF... 详细信息

针对高比例光伏并网引起的用户侧电压越限问题,可采用由旋转移相变压器(RPST)构成的旋转潮流控制器(RPFC)进行电压调控。首先,分析了RPST与RPFC的工作原理;然后,对比研究了两者的调压方式,指出RPFC具有更好的应用前景,并进一步提出了RPFC的电压调控方法,即根据用户侧电压实际值与额定值的偏差得到RPFC输出电压幅值的设定值,再通过调节旋转角的大小控制输出电压幅值,并利用旋转角之间的偏差对RPFC伺服电动机的占空比进行量化计算,从而对两个旋转角的转速进行闭环协调控制,保证用户侧的电压水平;最后,从稳态与暂态控制特性方面分别对RPST和RPFC的调压能力进行对比实验,验证了RPFC实现用户侧电压调控的可行性和有效性。

关键词：旋转移相变压器旋转潮流控制器电压调控对比实验

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基于转速自适应控制的旋转潮流控制器功率调节方法研究

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中国电机工程学报 2023年第13期43卷 4971-4986页

作者：颜湘武彭维锋贾焦心邵晨李铁成苏灿河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 国网河北省电力有限公司电力科学研究院河北省石家庄050021

针对分布式电源接入引起的功率波动与潮流不均衡问题,旋转潮流控制器(rotary power flow controller,RPFC)通过伺服电机调节旋转角的大小,输出幅值与相位连续可调的串联电压,实现有源配电网的功率调控,具有控制方式灵活、调节精度高和... 详细信息

针对分布式电源接入引起的功率波动与潮流不均衡问题,旋转潮流控制器(rotary power flow controller,RPFC)通过伺服电机调节旋转角的大小,输出幅值与相位连续可调的串联电压,实现有源配电网的功率调控,具有控制方式灵活、调节精度高和可靠性强等优点。该文首先根据RPFC的工作原理建立其数学模型。其次,提出RPFC功率解耦控制方法,即根据线路有功与无功功率的目标值分别计算出RPFC输出电压的dq轴分量设定值,实现输出电压对线路功率的闭环解耦控制。接着,针对RPFC接入后存在输出功率周期性震荡的问题,采用旋转角转速自适应的调节方式,即将输出电压dq轴分量合成并转换为两个旋转角的参考值,并根据旋转角偏差,对RPFC伺服电机的占空比进行量化计算,从而对两个旋转角的转速进行协调控制。最后,通过仿真验证该控制方法的正确性,并研制一台40kVA的RPFC装置样机,通过在单回与并行线路场景下的实验验证RPFC在不同工况下功率精确控制和潮流均衡调控的可行性与有效性。

关键词：有源配电网旋转潮流控制器功率解耦转速自适应调节

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旋转潮流控制器电压/潮流控制方法及选址规划研究

旋转潮流控制器电压/潮流控制方法及选址规划研究

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作者：邵晨华北电力大学(北京)

学位级别：博士

近年来,为满足国家能源战略转型的迫切需求,以光伏为代表的清洁分布式新能源在配网侧得到快速发展。而高比例分布式电源的接入给配电网的结构形态、电压/功率控制和系统安全稳定运行等方面带来了广泛而深远的影响。基于两旋转移相变压器... 详细信息

近年来,为满足国家能源战略转型的迫切需求,以光伏为代表的清洁分布式新能源在配网侧得到快速发展。而高比例分布式电源的接入给配电网的结构形态、电压/功率控制和系统安全稳定运行等方面带来了广泛而深远的影响。基于两旋转移相变压器(RPST)相量合成原理的电磁式旋转潮流控制器(RPFC)能够解决配电网面临的众多问题。本文考虑将RPFC与有源配电网有机结合,促进配电网的潮流优化、电能质量改善和新能源消纳,开展了以下四个方面的研究工作: (1)在电压调节方面,首先构建了单台RPST参与调压的电压/功率因数调控模型,分析了 RPST在调压过程中由于机械结构导致的超调问题,设计了 RPST参与的变转速控制方法并开展了实验验证。然而由于单台RPST参与调压时将导致接入点下方电压产生相移,且其稳态调压范围受功率因数限制无法实现额定调节角度的全范围调压,因此提出了基于虚拟阻抗调节原理的RPFC调压方法,综合考虑线路电压和功率因数目标,解耦输出线路所需阻抗分量Rc、wLc;在此基础上,计算RPFC注入线路电压幅值及相角,从而得到两旋转移相变压器(RPST)转子角大小;在机械角旋转控制中,基于转子角偏差对伺服电机转速的占空比进行量化计算,实现RPST转子角位置的闭环无差控制。另一方面,针对多台区辐射型有源配电网电压调节及降损需求,提出了一种I-RPFC结构并构建了包含I-RPFC的多台区有源配电网模型,提出了考虑电压控制及线损优化的I-RPFC实时滚动双层优化策略,内层模型以电压偏差及线路损耗最小为目标,利用多目标粒子群算法进行了求解,并通过模糊隶属度函数方法确定内层模型Pareto解集最优折衷解,外层模型根据内层模型的最优折衷解,利用双闭环PI调节实现I-RPFC输出转子角度的无差控制。 (2)在配电网合环运行潮流控制方面,首先提出基于RPFC的配电网相角差线路柔性合环转供电方法,利用RPFC提供的电压幅值、相位补偿能力实现柔性合环。针对配电网完成相角差线路柔性合环后的长期互联需求,研究了基于瞬时无功理论的RPFC功率解耦控制模型,对RPFC稳态功率调节特性进行了分析。在伺服电机低转速功率控制场景下(调节时间为10秒级),对RPST控制方法进行三方面改进:通过变转速控制解决系统周期性振荡问题;设计伺服电机-旋转移相变压器同步转动减小功率控制误差并提高了其稳定性;利用变论域模糊PI自适应方法改善功率控制中的超调现象。同时在伺服电机高转速功率控制场景下(调节时间为秒级),设计两阶段转速控制和转速协调方案提高装置运行响应速度和鲁棒性,在接近目标功率时对伺服电机转速进行自适应控制(阶段一),在进入功率调节死区前作用于转速控制;在进入功率调节死区后,阶段二对两伺服电机驱动器脉冲信号进行自适应控制,能够显著提高系统响应速度和稳定性,最后基于380V/40kVA样机对所提模型和控制方法进行了验证。 (3)在电缆化率城市配电网无功补偿方面,随着城市配电网电缆接入比例的逐年升高,当用户负荷较低时,将会出现容性无功向电网倒送带来功率因数降低和电压越限问题,开展了基于IRPC-RPFC的动态无功补偿方法研究。首先,构建了电缆线路无功充电功率模型,分析了容性无功向电网倒送对节点功率因数和电压的影响。然后,提出了基于IRPC-RPFC的新型无功补偿拓扑结构,并建立了相应并联稳态电压源无功补偿模型。在此基础上,基于电压矢量合成原理,提出一种包含功率外环、电压/电流环和角度内环的IRPC-RPFC控制方法。在角度内环控制中,针对IRPC-RPFC机械结构不足,设计了 RPST变转速控制方案。最后,搭建实验平台进行验证,结果表明IRPC-RPFC能够实现接入点无功功率的双向、连续调节功能。 (4)在有源配电网RPFC规划调度方面,RPFC和能量路由器(ER)的联合引入,可以从时空两个维度提高新型有源配电网(ADN)高比例消纳与供电可靠性,因此,提出一种考虑RPFC和ER接入的ADN扩展规划方法。首先,建立了基于时空特性的RPFC和ER的双层规划模型,上层模型为选址定容层,以RPFC和ER的投资建设成本为优化目标;下层为优化运行层,以配电网运行成本最低为目标;然后,采用改进粒子群和二阶锥规划的混合优化算法求解规划模型;最后,以IEEE33节点算例验证所提规划模型和求解算法,结果表明RPFC和ER的联合接入能够有效改善配电网电压时空分布及网损情况,且具有最低等年值投资运行成本。综上,本课题在充分研究高比例分布式能源接入配电网带来的安全运行问题上,提出了基于RPFC的配电网电压、潮流、无功解决方案,并利用RPFC和ER的工作特性从时空维度提高配电网高比例消纳与供电可靠性,通过仿真和实验验证了所提模型和算法有效性,为配电网柔性控制方面提供了一种参考,具有一定的理论与实践价值。

关键词：旋转潮流控制器电压调节功率控制无功补偿选址规划

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