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探究DFACTS交互影响及协调控制：理论、实践与优化策略

一、引言

1.1研究背景与意义

随着现代工业和社会的快速发展，电力系统的规模不断扩大，结构日益复杂，用户对电能质量和供电可靠性的要求也越来越高。在这样的背景下，柔性交流输电系统（FACTS）技术应运而生，作为改善电力系统性能的重要手段，受到了广泛关注。而配电系统柔性交流输电（DFACTS）技术，作为FACTS技术在配电领域的延伸和应用，更是成为提升配电网电能质量和运行稳定性的关键技术之一。

在工业生产中，许多高精度的自动化设备对电压波动和闪变极为敏感，微小的电压变化都可能导致设备停机或生产出不合格产品，造成巨大的经济损失。在医院、金融机构等场所，可靠的电力供应是保障正常运营的基础，任何电能质量问题都可能引发严重后果。DFACTS技术通过应用各种电力电子装置，能够快速、精确地对配电网的电压、电流、相位等参数进行控制和调节，有效解决电压跌落、谐波污染、无功功率不平衡等电能质量问题。例如，动态电压恢复器（DVR）可以在毫秒级时间内补偿电压跌落，确保敏感负荷的正常运行；有源电力滤波器（APF）能够实时检测并滤除电网中的谐波电流，提高电能的纯净度。

智能电网的建设和发展对配电网的智能化、灵活性和可靠性提出了更高要求。DFACTS技术不仅能够提升电能质量，还能增强配电网的可控性和灵活性，使其更好地适应分布式能源接入、电动汽车充电等新型负荷的需求。当分布式电源（如太阳能、风能发电）接入配电网时，由于其输出功率的波动性，可能会对电网电压和频率产生影响。DFACTS装置可以通过实时监测和控制，平滑分布式电源的功率波动，确保电网的稳定运行。在电动汽车快速充电过程中，可能会引起电网电流的突变和电压的下降，DFACTS技术能够对这些问题进行有效调节，保障充电过程的顺利进行。

在实际应用中，为了实现区域配电网电能质量的综合治理和不同电能质量的分级管理，常常需要多台DFACTS装置联合运行。如美国德拉瓦优质电力园区示范项目中就安装了DVR、D-STATCOM、SSTS等多台DFACTS装置。然而，由于各种DFACTS装置工作原理各不相同，它们之间的结合可以扩展彼此的功能，但也可能会产生负面的影响。这些交互影响可能导致装置性能下降、控制不稳定甚至系统故障，严重影响配电网的安全稳定运行和电能质量的改善效果。因此，深入研究DFACTS装置之间的交互影响，并提出有效的协调控制策略，具有重要的理论意义和实际应用价值。从理论方面来说，研究DFACTS装置的交互影响及协调控制，可以丰富和完善电力系统控制理论，为电力电子装置在电力系统中的应用提供更坚实的理论基础；在实际应用中，能够提高DFACTS装置的运行效率和可靠性，降低设备投资和运行成本，为实现智能配电网的高效、稳定运行提供技术支持。

1.2国内外研究现状

在国外，自20世纪80年代末柔性交流输电系统（FACTS）概念提出后，相关研究便迅速展开。美国、日本、欧洲等国家和地区在DFACTS技术的研究和应用方面处于领先地位。美国电力科学研究院（EPRI）对DFACTS技术进行了深入研究，并推动了其在实际工程中的应用。ABB、西门子等国际知名电气公司也积极投入研发，推出了一系列商业化的DFACTS装置，如配电静止同步补偿器（D-STATCOM）、动态电压恢复器（DVR）等，并在实际配电网中得到应用。

在DFACTS装置的交互影响研究方面，国外学者提出了多种分析方法。文献运用小信号稳定性分析方法，研究了D-STATCOM和DVR联合运行时的交互影响，通过建立详细的数学模型，分析了不同控制策略下装置间的相互作用对系统稳定性的影响。在协调控制策略方面，提出了基于多智能体的协调控制方法，将每个DFACTS装置视为一个智能体，通过智能体之间的信息交互和协作，实现对多个装置的协调控制，提高了系统的整体性能和可靠性。

国内对DFACTS技术的研究起步相对较晚，但近年来发展迅速。众多高校和科研机构，如清华大学、浙江大学、中国电力科学研究院等，在DFACTS技术的理论研究和工程应用方面取得了丰硕成果。在装置研发上，国内已具备自主研发和生产多种DFACTS装置的能力，部分产品性能已达到国际先进水平。

针对DFACTS装置的交互影响，国内学者也进行了大量研究。通过建立考虑装置间耦合关系的数学模型，利用相对增益矩阵（RGA）和奈奎斯特稳定判据等方法，分析了不同DFACTS装置在不同运行工况下的交互影响程度和稳定性。在协调控制策略方面，提出了基于分层分布式的协调控制策略，将配电网划分为多个层次，每个层次分别进行控制和协调，有效提高了系统的控制效率和灵活性。

尽管国内外在