Voltage Compensation Capability Analysis and Improvement Method for Unified Power Quality Conditioner with Energy Storage

ZHANG Zhenxiao; NIAN Heng; LI Pei; MA Zhiquan

doi:10.7500/AEPS20220117002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Voltage Compensation Capability Analysis and Improvement Method for Unified Power Quality Conditioner with Energy Storage

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Voltage Compensation Capability Analysis and Improvement Method for Unified Power Quality Conditioner with Energy Storage
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 23, Pages: 151-159(2022)
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，浙江省杭州市 310014
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20220117002
  CLC：
- Received：17 January 2022，
  
  Revised：2022-05-09，
  
  Published Online：19 October 2022，
  
  Published：10 December 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
张震霄,年珩,李培等.储能型统一电能质量调节器电压补偿能力分析及提升方法[J].电力系统自动化,2022,46(23):151-159.

ZHANG Zhenxiao,NIAN Heng,LI Pei,et al.Voltage Compensation Capability Analysis and Improvement Method for Unified Power Quality Conditioner with Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(23):151-159.
张震霄,年珩,李培等.储能型统一电能质量调节器电压补偿能力分析及提升方法[J].电力系统自动化,2022,46(23):151-159. DOI： 10.7500/AEPS20220117002.

ZHANG Zhenxiao,NIAN Heng,LI Pei,et al.Voltage Compensation Capability Analysis and Improvement Method for Unified Power Quality Conditioner with Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(23):151-159. DOI： 10.7500/AEPS20220117002.

摘要

储能型统一电能质量调节器（UPQC）能够在电网电压跌落时对负荷进行电压补偿，在电压跌落超出串联侧换流器补偿能力范围时，同时利用并联侧换流器功率补偿可以提升系统电压补偿能力。文中首先对串、并联侧换流器电压补偿之间的耦合影响进行了分析，建立了考虑储能型UPQC容量配置情况及负荷运行情况的UPQC电压补偿能力的数学模型。针对储能接入带来的并联侧换流器功率特性，研究了并联侧协同补偿时的功率分配，得到了能够进一步提升系统电压补偿能力的并联侧换流器功率指令的改进分配策略。接着，提出了适用于储能型UPQC协同电压补偿的串、并联侧换流器控制方法。最后，基于实时数字仿真系统搭建了储能型UPQC电压补偿的模型并进行仿真验证。仿真结果表明所提控制策略能够在相同容量配置条件下提升UPQC的电压补偿能力。

Abstract

The unified power quality conditioner (UPQC) with energy storage can compensate the load voltage when the power grid voltage drops. When the voltage sag exceeds the compensation capacity of the series-side converter

the voltage compensation capability can be improved by using the power compensation of the shunt-side converter synergistically. This paper analyzes the coupling influence of voltage compensation between series- and shunt-side converters

and establishes a mathematical model of the voltage compensation capability of UPQC considering the capacity configuration of converters and the load condition. Aiming at the power characteristics of the shunt-side converter brought by the access of energy storage

the power distribution of the shunt-side cooperative control is studied

and an improved distribution strategy of power commands of the shunt-side converter that can further improve the system voltage compensation capability is obtained. Then

this paper proposes a control method of series- and shunt-side converters for the cooperative voltage compensation of the UPQC with energy storage. Finally

a model of UPQC with energy storage for voltage compensation is built and verified by the simulation based on the real-time digital simulation system. The simulation results show that the proposed control strategy can improve the voltage compensation capability of UPQC with energy storage under the same capacity configuration.

关键词

Keywords

references

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

倪福银，李正明 . 统一电能质量调节器的研究发展综述［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 20 ）： 177 - 187 .

NI Fuyin ， LI Zhengming . Overview of unified power quality conditioner research development ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 20 ）： 177 - 187 .

陆承宇，黄弘扬，徐群伟，等 . 基于多维特征和Hausdorff距离的电压暂降治理成本估计［J］. 中国电力， 2021 ， 54 （ 8 ）： 11 - 18 .

LU Chengyu ， HUANG Hongyang ， XU Qunwei ， et al . Cost estimation for voltage sag control based on multidimensional characteristics and Hausdorff distance ［J］. Electric Power ， 2021 ， 54 （ 8 ）： 11 - 18 .

薛宇，任永峰，胡志帅，等 . 基于九开关变换器的直驱-双馈分散式风电系统控制策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 7 ）： 152 - 159 .

XUE Yu ， REN Yongfeng ， HU Zhishuai ， et al . Control strategy of direct drive-doubly fed distributed wind power system based on nine-switch converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 7 ）： 152 - 159 .

杨义，杨苹，唐玉烽 . 兼具电能质量补偿功能的互联变换器统一控制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 15 ）： 132 - 140 .

YANG Yi ， YANG Ping ， TANG Yufeng . Unified control strategy with power quality compensation function for interlinking converters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 15 ）： 132 - 140 .

KWAN K H ， SO P L ， CHU Y C . An output regulation-based unified power quality conditioner with Kalman filters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2012 ， 59 （ 11 ）： 4248 - 4262 .

MODESTO R A ， DA SILVA S A O ， DE OLIVEIRA A A ， et al . A versatile unified power quality conditioner applied to three-phase four-wire distribution systems using a dual control strategy ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2016 ， 31 （ 8 ）： 5503 - 5514 .

郭岩，郑天文，司杨，等 . 基于动态电压补偿的VSG电流平衡及峰值电流控制［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 9 ）： 108 - 113 .

GUO Yan ， ZHENG Tianwen ， SI Yang ， et al . Current balance and peak current control of virtual synchronous generator based on dynamic voltage compensation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 108 - 113 .

刘可，王轩，车克衫，等 . 基于新型改进谐振控制器的APF无谐波电流提取控制策略［J］. 电力电容器与无功补偿， 2021 ， 42 （ 4 ）： 147 - 153 .

LIU Ke ， WANG Xuan ， CHE Keshan ， et al . APF control strategy without harmonic current extraction based on novel improved resonance controller ［J］. Power Capacitor & Reactive Power Compensation ， 2021 ， 42 （ 4 ）： 147 - 153 .

田书娅，贾清泉，林丽娟，等 . 面向谐波和电压综合治理的电压检测型APF与SVG协同配置［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 24 ）： 149 - 157 .

TIAN Shuya ， JIA Qingquan ， LIN Lijuan ， et al . Collaborative allocation of voltage detection active power filter and static var generator for harmonic and voltage comprehensive mitigation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 24 ）： 149 - 157 .

赵平，赵期期，艾小猛 . 考虑极限场景的主动配电网重构与无功电压调整联合鲁棒优化［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （增刊2 ）： 496 - 506 .

ZHAO Ping ， ZHAO Qiqi ， AI Xiaomeng . Network reconfiguration and reactive power voltage regulation coordinated robust optimization for active distribution network considering extreme scenarios ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ Supplement 2 ）： 496 - 506 .

黄晓明，范志华，刘子文，等 . 基于有功和无功功率协调分配的统一电能质量调节器控制策略［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 3 ）： 177 - 183 .

HUANG Xiaoming ， FAN Zhihua ， LIU Ziwen ， et al . Control strategy of UPQC based on active and reactive power coordination distribution ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 3 ）： 177 - 183 .

黄际元，黄珂琪，杨俊，等 . 储能参与电网调压与动态无功支撑的协调控制策略［J］. 电器与能效管理技术， 2020 （ 10 ）： 77 - 83 .

HUANG Jiyuan ， HUANG Keqi ， YANG Jun ， et al . Coordination control strategy of energy storage participating in grid voltage regulation and dynamic reactive power support ［J］. Electrical & Energy Management Technology ， 2020 （ 10 ）： 77 - 83 .

杨梦宁，赵艳雷，王蕾，等 . 基于无差调压U-I下垂的同步定频微网控制策略研究［J］. 现代电子技术， 2021 ， 44 （ 21 ）： 144 - 148 .

YANG Mengning ， ZHAO Yanlei ， WANG Lei ， et al . Research on synchronous fixed-frequency microgrid control strategy based on zero-error voltage regulating U-I drooping ［J］. Modern Electronics Technique ， 2021 ， 44 （ 21 ）： 144 - 148 .

马茜，王文立，许倩 . 储能式统一电能质量控制器负载电压全补偿容量配置策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 20 ）： 90 - 96 .

MA Qian ， WANG Wenli ， XU Qian . Capacity allocation strategy for full compensation of load voltage in unified power quality controller with energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 20 ）： 90 - 96 .

许晓艳，黄越辉，刘纯，等 . 分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案［J］. 电网技术， 2010 ， 34 （ 10 ）： 140 - 146 .

XU Xiaoyan ， HUANG Yuehui ， LIU Chun ， et al . Influence of distributed photovoltaic generation on voltage in distribution network and solution of voltage beyond limits ［J］. Power System Technology ， 2010 ， 34 （ 10 ）： 140 - 146 .

李萌，年珩，胡彬，等 . 应用于新能源发电设备阻抗测量的扰动信号类型综述［J］. 中国电机工程学报［ 2022-03-08 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20220114.1551.005.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20220114.1551.005.html .

LI Meng ， NIAN Heng ， HU Bin ， et al . Review of perturbation signals applied to impedance measurement of renewable generator ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2022-03-08 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20220114.1551.005.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20220114.1551.005.html .

ROINILA T ， VILKKO M ， SUN J . Broadband methods for online grid impedance measurement ［C］// 2013 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ， September 15-19 ， 2013 ， Denver， USA ： 3003 - 3010 .

张震霄，赵建勇，年珩，等 . 基于电力电子调压器的电网综合治理控制策略［J］. 电气传动， 2022 ， 52 （ 4 ）： 49 - 55 .

ZHANG Zhenxiao ， ZHAO Jianyong ， NIAN Heng ， et al . Control strategy of integrated power grid management based on power electronic voltage regulator ［J］. Electric Drive ， 2022 ， 52 （ 4 ）： 49 - 55 .

胡彬，吴超，年珩，等 . 薄弱电网下新能源设备并网锁相同步方式综述［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 9 ）： 26 - 34 .

HU Bin ， WU Chao ， NIAN Heng ， et al . Overview of phase-locked synchronization methods of renewable energy equipment in weak and distorted grid ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 26 - 34 .

涂春鸣，高家元，李庆，等 . 具有复数滤波器结构锁相环的并网逆变器对弱电网的适应性研究［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 12 ）： 2632 - 2642 .

TU Chunming ， GAO Jiayuan ， LI Qing ， et al . Research on adaptability of grid-connected inverter with complex coefficient-filter structure phase locked loop to weak grid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 12 ）： 2632 - 2642 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Flexible Interconnection Switch of Medium-voltage Feeder Based on Cascaded Reactive Power Compensation

Control Strategy with Dynamic and Differentiated Timing Synergy for Multiple Wind Farms Supporting Frequency Stability of Power Grid

Multi-mode Flexible Switching Strategy of Multi-functional Grid-connected Converters for Active Support to Transient Voltage

Related Author

Zhenxiao ZHANG

Heng NIAN

Pei LI

Zhiquan MA

PENG Neng

PENG Minxuan

LI Qionglin

DAI Shuangyin

Related Institution

Hubei Key Laboratory of Power Equipment & System Security for Integrated Energy (Wuhan University)

School of Electrical Engineering and Automation, Wuhan University

State Grid Henan Electric Power Company

Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology, Ministry of Education (Northeast Electric Power University)

National Electric Power Conversion and Control Engineering Technology Research Center(Hunan University)

⁰