基于模块化多电平的统一潮流控制器暂态过程与控制策略研究

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特大城市以及都市圈存在着用电负荷巨大且集中的问题,该问题对区域电网的安全稳定运行提出了更高的要求。为了应对负荷增加对电网的挑战,不仅需要增设网架,改善电力系统的基础架构,而且需要对输配电技术进行突破,使得电力系统更为安全、稳定,让电力能源能够得到更充分、更高效的利用。采用统一潮流控制器可以很好地解决节点负荷过重与潮流分布不均的问题。本文主要围绕基于模块化多电平的统一潮流控制器的暂态过程与控制策略展开研究。首先阐释了统一潮流控制器的研究背景及意义,对现有UPFC的研究进展及工程现状进行调查,说明现有限流式VSC-UPFC的局限性。阐述基于模块化多电平换流器UPFC的基本结构和工作原理。对MMC子模块工作方式,MMC调制方式进行介绍,提出了一种混合调制策略,当换流器的调制比较低时,可以有效降低UPFC串联侧换流器注入电网电压的谐波分量。对UPFC运行特性进行分析,研究了并联侧换流器输出电流和串联侧换流器输出电压的补偿范围与系统参数的关系,绘制出UPFC潮流调节时节点有功、无功关系曲线。其次提出了一种基于分裂电感的限流式UPFC拓扑,设计了分裂式电感的具体参数,介绍了UPFC串联变压器尺寸参数设计方法。对MMC-UPFC的稳态控制策略进行研究。介绍了内模控制的基本原理并进行了鲁棒性分析,将内模控制环节引入解耦控制策略。结合MMC采用PSPWM调制,桥臂子模块数为12的情况,计算出内模控制的主要参数,并通过仿真验证了内模控制下UPFC的潮流调节效果,证明了内模控制策略应用于MMC-UPFC的有效性。接着研究了MMC-UPFC的非故障暂态控制策略。针对系统不平衡工况,设计了一种适用于UPFC的基于SDR-SOGI的两步锁相策略,利用SDR进行正序分量提取,利用SOGI滤除谐波和锁相,仿真验证了该锁相策略的有效性。针对系统低频振荡,在研究含UPFC的单机无穷大系统的状态模型的基础上,设计了UPFC阻尼控制器,通过仿真验证了UPFC采用阻尼控制策略抑制低频振荡的有效性。研究了限流式MMC-UPFC网侧短路故障暂态过程。根据故障点位置的不同,将短路故障分为两种情况、四个阶段进行分析。计及串联变压器漏感,分析系统的故障等效电路及系统故障电流的流通路径,归纳出短路故障暂态特性,制定了适用于新拓扑的故障处理流程。通过仿真验证了该拓扑抑制短路电流的有效性。最后对本文所做工作进行总结,并展望了下一步的研究方向。
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