配电网多重故障下电压暂降连续椭圆补偿技术研究

发布时间：2020-06-22 14:38

【摘要】：动态电压恢复器(DVR)是可以有效解决配电网络电压暂降、无功不足和谐波污染等电能质量问题,并且兼顾有功功率补偿与谐波治理的重要电力电子变换装置,在配电网络中具有综合电压暂降抑制能力。在当今国家电网公司所倡导的构建坚强智能电网规划中具有重要的研究价值。本论文主要针对配电网络复杂故障条件下电能质量和电能变换的共性关键技术问题进行研究,以动态电压恢复器为研究对象,进行了数学模型建立、归一化基频分量提取、瞬时功率控制技术研究、补偿装置综合实时测试平台的设计与实现,完成从理论分析、仿真研究、测试验证到具体实验结果分析。针对电压暂降补偿、瞬时动态功率优化调节问题,实现因配电网中多重短路故障造成电压暂降的有效抑制,对目前常采用的抑制策略进分析。然而,常规补偿方法中,电压暂降的特征信息提取过程中没有考虑其在配电网络中的传递规律,尤其是在没有装设暂降检查装置的电气节点分析远端故障时终端用户所经历的电压暂态过程;其次,补偿策略研究的立足点往往以补偿装置具有足够的补偿能力为前提,这并不满足实际工程需要;最后,目前所有补偿策略均未同时兼顾补偿装置容量最优和电压扰动完全恢复到故障前状态两个方面。因此,为了更好的研究基于背靠背VSCs变换器构成的DVR容量最优下的补偿策略,本论文主要工作如下:(1)详细分析配电网络多重短路故障引起的电压暂降及其关键的幅相特征信息,首先建立系统特定节点包含各种性能指标和特征信息提取的暂降类型评估体系,目的是为了提升用户对电力供应的满意度;其次,针对电力网络中大量存在的无实时故障检测的节点,均以故障连接点经Dy型绕组变压器为准研究各种电压暂降分布,采用本论文提出的幅相特性分析方法对电压暂降暂态特性进行描述,重点对各种暂态类型采用矢量轨迹图直观的描述暂降深度和相位角偏移量的相应过程,定性分析电压暂降抑制措施造成DV R变换器控制困难的原因。(2)基于虚拟阻抗节点矩阵的物理意义,采用在故障点与负荷节点之间新增一个虚拟阻抗,在功能上与DVR进行等效。采用平面椭圆几何描述法建立DVR在三相静止坐标系下连续椭圆补偿方法,将DVR等效为有功电压源的补偿方式。根据提出的连续椭圆补偿方法输出瞬时补偿电压,并全面分析了该方法在任意暂降扰动工况下的可行性和有效性,已达到补偿负载的潮流缺损和功率平衡,并兼顾支持DVR自身容量优化的功能。(3)本论文首次提出连续椭圆等功率补偿控制策略,为了保证DVR能够在暂降扰动情形下实现精准补偿,给出了四个自由度变量参数,采用等值有功功率和等值无功功率两种控制方式,全面分析连续椭圆补偿方法在任意暂降扰动工况下的可行性和有效性。该方法可以使补偿装置在进行补偿时与直流储能单元能量交换最小,从而DVR自身容量最优和延长对暂降的补偿时间。(4)为了进行实验测试,基于i Hawk综合平台给出了DVR实时测试系统结构框图,并设计了主电路、测量单元、驱动电路和电源供电电路,在此测试平台上进行了基于连续椭圆补偿方法的电压暂降抑制实验测试,给出稳态和暂态实验结果并做相关分析,实验结果表明本论文提出的补偿方法和相应的控制策略极大的改善了暂降抑制效果。本论文的仿真结果和实验结果都表明,所提出的连续椭圆补偿方法和DVR变换器控制方法,具有良好的实时检测性能和动态控制性能,对研究电压暂降抑制和电能变换系统起到一定的理论保证和技术支持作用,为研制相关电力设备提供参考。
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM714.2

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