前言

隨著風電、光伏等新能源并網容量的增加，電力系統的發電調度、輸電能力、潮流控制問題越發突出，系統的安全穩定運行將面臨嚴峻挑戰。誠然，架設新的高壓交流或直流輸電線路可以滿足逐漸增長的電力輸送需求。然而，靈活、高效、經濟利用現有輸配電資產的大功率電力電子裝備與技術亦值得深入研究與發展。SEN Transformer（ST）是由K.K.SEN在2003年提出的一種基于改進移相變壓器技術的電磁式統一潮流控制器。ST類似于統一潮流控制器（Unified Power Flow Controller, UPFC），可以注入一個幅值和相角可控的補償電壓，以獨立地控制有功和無功潮流，且預計成本約為UPFC的1/5。然而，由于ST的有載分接開關只能從一個檔位切換至另一個檔位，所以補償電壓只能在允許的控制范圍內非連續變化，因此傳統ST不能實現潮流的連續和無差調節。為了提高ST的潮流控制性能，許多學者對ST的基本結構提出了不同的改進意見，其電氣結構性變種得到迅速發展。例如，本書主要講述的二次繞組反相SEN Transformer，又稱擴展型SEN Transformer（Extended SEN Transformer, EST），是一種新型電磁式潮流控制裝置。相較于傳統ST，其控制精度更高、運行域更大；相較于目前投入使用的UPFC，其經濟性更好、可靠性更高。因此，開展EST及含有EST電力系統的相關研究具有十分重要的意義。

貴州大學電氣工程學科創辦于1958年，是貴州省首批重點學科、首批特色重點學科，在胡國根、許克明、彭志煒、何利銓、李民族、邱國躍等前輩的教導下，至今累計培養了包括本書作者在內的6000余名本科生和700余名研究生。本書總結了貴州大學交直流電力系統研究團隊在移相器、SEN Transformer及其變種研究領域的工作積累，是作者在加拿大阿爾伯塔大學與Venkata Dinavahi教授合作開展博士后工作，以及作者團隊近十年共同努力的結晶，也是本學科前輩們所著《基于分叉理論的電力系統電壓穩定性分析》《電力系統無功功率與有功功率控制》等學術研究成果的延續。馮金鈴、潘宇航、卜亮、周超、謝舒帆、郭西等參與了本書第1～12章的理論研究工作，李偉、蔡燦等參與了本書的制表繪圖等工作，全書由韓松、張靖撰寫。

本書內容共12章，以及6個附錄。

第1章簡要介紹了現代柔性交流輸電系統（Flexible AC Transmission System, FACTS）的背景、現狀和原理，幫助讀者對各潮流控制裝置的功能特性有一個大致了解，并引導出了本書后續各章的研究內容。

第2章介紹了SEN Transformer（ST）的原理，并給出了一種多繞組耦合的ST電磁解析模型。

第3章給出了一種基于對偶原理的三相五柱式SEN Transformer準穩態模型。

第4章給出了一種基于UMEC的雙芯SEN變壓器（Two-core SEN Transformer, TCST）電磁暫態模型。

第5章詳細介紹了二次繞組反相的SEN Transformer（EST）的工作原理，并針對分接頭數量的不同情況提出了相應的EST分接頭控制算法。

第6章介紹了一種適用于統一迭代潮流計算的EST穩態模型，并考慮了EST的潮流控制模式及運行約束。

第7章給出了一種含EST的電網優化潮流控制策略。應用三點估計法計算了含EST電力系統的概率潮流，以NSGA-II算法進行了多目標優化，并且分析了風電不同滲透率下的EST潮流調控策略。

第8章給出了EST的開關暫態模型及分析，包括電子式有載分接開關（Electronic On-load Tap-changer, EOLTC）的穩態電壓和電流，換級過程中EOLTC的暫態電流和電壓的評估值，以及EOLTC的選型和最大重疊時間的確定。

第9章進行了不同潮流控制模式下EST的短路電流分析。從EST的運行角度出發，根據EST的耦合電路，利用相分量法推導了EST的故障模型。此外，本章還分析了發生單相和三相短路故障后EST工作于不同潮流控制模式時的短路電流，為保障EST和系統的安全運行提供了理論基礎。

第10章進行了EST裝置內部保護系統的研究，具體包括驅動電路和短路保護（Starting Circuit and Short-Circuit Protection, SCSCP）、過電流和過電壓保護與撬棒電路（Overcurrent and Overvoltage Protection and Crowbar, OP and Crowbar）、電壓尖峰保護（Voltage Spike Protection, VSP）以及大氣放電保護（Atmospheric Discharge Protection, ADP）。

第11章進行了雙芯擴展型SEN Transformer（TCEST）的控制系統設計研究，將TCEST的控制模式分為三種，即電壓調節模式、相角調節模式、潮流調節模式，并設計了TCEST在三種不同控制模式下的控制方案。

與本書相關的研究工作得到了國家自然科學基金（51567006）、貴州省科技創新人才團隊項目（黔科合平臺人才[2018]5615）、貴州省科學技術基金（黔科合基礎[2019]1100、[2021]277）、貴州省優秀青年科技人才項目（黔科合平臺人才[2021]5645）、貴州省普通高等學校科技拔尖人才支持計劃資助（2018036）、貴州省高層次創新型人才培養計劃“百”層次人才項目（黔科合平臺人才-Gcc[2022]016-1）、貴州省高等學校工程研究中心建設項目（黔教技[2022]043號）的資助，在此表示誠摯的感謝！

限于作者水平和時間倉促，書中難免存在不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。作者聯系郵箱：shan@gzu.edu.cn，zhangjing@gzu.edu.cn。

韓松，張靖

2022年5月

于貴州大學