关键词:UPFC;级联式多电平逆变器;新型拓扑1引言
作为柔性交流输电系统（FACTS）的最复杂的元件，近年来统一潮流控制器（UPFC）得到广泛研究。UPFC既能够控制输电线传输的有功功率，又能够控制无功功率。它的传统结构如图1所示［1～4，7～12］。
UPFC包含两个电压源逆变器，二者通过一个公共直流环节背靠背连接在一起。逆变器2串联接到输电线，而逆变器1并联接到输电线。
通过输电线从输电端传输到受电端的有功功率和无功功率为
式中：VS是输电端电压的幅值；VR是受电端电压的幅值；X是输电线阻抗；θ是两端电压的相位差。UPFC加到电力系统的输电端，如图1所示。逆变器2，作为一个串联同步电压源，提供了UPFC的主要功能即通过注入一个与输电线串联的电压V·C控制有功与无功潮流。逆变器1，并联逆变器，向串联逆变器提供或自串联逆变器吸收有功功率，并且向电网注入无功电流［1，2］。
图2是图1的矢量图，说明了UPFC的原理。从式(1)、(2)可以看到，当加到系统时，等效的输电端电压从，输电端和受电端电压的相位差从输电线传输的功率得到了控制。
2UPFC的一种新型结构及其工作原理
2.1结构和工作原理
本文提出一种新的UPFC结构，如图3所示。在这种结构中，每一个逆变器都有自己的直流电容器来保持它的直流电压。和传统的背靠背直流耦合的UPFC不同的是，两个逆变器是交流侧面对面耦合的。然而，在这种独特的结构中，两个逆变器间和逆变器与输电线间均不进行有功功率交换。逆变器2产生需要的控制输电线的有功和无功潮流，因而起到了可控电压源的作用。并联逆变器（逆变器1）向输电线注入一个电流，保证流入两个逆变器的有功功率是0。也就是说，控制逆变器1使逆变
这种新型UPFC的等效电路如图4所示。逆变器1上的电压降为，流经逆变器1的电流是，其中I·是输电线电流。逆变器2的给定是由推导而得的电压，逆变器1的给定是，保证每个逆变器均无有功交换发生。
如前所述，控制逆变器2的电流与其电压C垂直，以使流入逆变器2的有功功率为0。因此，对于一个由期望的潮流决定的特定来说，的相位角是确定的。为了保证流入逆变器1的有功功率也为0，应当控制的幅值，使垂直于。图5说明了这些变量的关系。
2.2级联式多电平逆变器
图6示出11电平级联式逆变器的一相结构。通过分析可以知道：级联式多电平逆变器可以得到几乎正弦的阶梯形电压，而每个工频周期电力电子开关仅开关一次，因而去掉了传统的多脉冲逆变器所需要的笨重的曲折变压器，大大减少了初期投资和运行费用。
然而，级联式多电平逆变器不能直接用于传统的UPFC，因为每一个H桥需要一个隔离的直流电源，并且逆变器作为一个整体仅能产生或吸收无功功率。本文提出的新型UPFC结构为级联式多电平逆变器提供了一个用武之地。级联式多电平逆变器的优点可以在新型UPFC中得到充分发挥。3新型/传统型结构的比较
与传统型结构相比，新型结构UPFC有许多优点：
1)在传统的结构中，两个逆变器间存在有功功率交换；而在新型结构中，两个逆变器间没有有功功率交换，并且两个逆变器仅提供(或吸收)无功功率；
2)应用级联式多电平逆变器，可以取消作为电网和UPFC接口的曲折变压器，因而降低了UPFC的功率损耗、成本和体积。曲折变压器是逆变电路多重化时常用的输出变压器，通过适当选择各重之间的相位差、变压器变比和付级绕组的联结方式，便可以改善输出波形，减少谐波含量；
3)在某些负载条件下，UPFC的总视在容量可以大大减少；
4)新型结构对系统的未来变化更能适应，并且更能抵抗诸如逆变器失效之类的偶发性故障。
对于传统的UPFC，逆变器1，2的容量为
其中，Iq是在联接点逆变器1单独进行无功补偿时产生的无功电流。
传统的UPFC结构的总容量为
对于本文提出的新型UPFC，逆变器1和2的容量为
图7，8示出新型和传统型结构的总容量的比，和[1][2]下一页
