限流式统一潮流控制器样机设计与实验

发布时间：2017-09-14 16:20

  本文关键词：限流式统一潮流控制器样机设计与实验

  更多相关文章： 限流式统一潮流控制器 工作原理 拓扑优化 仿真研究 保护系统 控制系统 实验系统 样机实验

【摘要】：电力系统经过不断的变革和发展,已经进入了高速发展的阶段,其在发展的同时对系统提出了更高的要求。限流式UPFC作为兼顾线路输电能力、系统稳定运行和限制系统短路电流水平的新一代柔性交流输电装置,受到国内外学术界和工业界的关注。本文在前人研究成果的基础上,重点研究限流式UPFC在样机设计中的关键问题。首先,讨论传统UPFC、限流式UPFC及其优化拓扑的理论基础。分析讨论了传统UPFC的工作原理和数学模型,及其对输电系统功率特性的影响。接着讨论本课题组提出的具有短路限流功能的限流式UPFC,详细分析了其限流动态过程,并由此建立其数学模型。在上述基础上分别提出基于谐振关断控制、基于故障电流控制和基于模块化多电平换流器的限流式UPFC,它们分别能够加快故障后的切断速度、控制短路电流以及提升输出波形质量等,并进行了对比仿真研究。同时讨论了限流式UPFC对系统暂态稳定性的影响,并在三机九节点系统中进行仿真。其次,讨论限流式UPFC实验样机设计中保护系统、控制系统的设计。详细分析了限流式UPFC在实际工程应用中不加保护系统可能出现的启动进线过流和串联侧输出过压的问题,并针对上述潜在风险,设计了自动动作、没有时延的进线过流保护电路和输出过压保护电路,分别进行了对比仿真和实验,验证保护电路的重要性以及可靠性；以三相对称系统的空间矢量为基础,分别推导了三相静止坐标系的两相静止坐标系(ap坐标系)表示与克拉克(Clark)变换、两相旋转坐标系(dq坐标系)表示与派克(Park)变换、相应坐标系下的三相瞬时功率表示以及三相锁相环技术等理论,以上述理论为基础,讨论了限流式UPFC基于双环控制的换流站级控制和基于SPWM和SVPWM的阀组级控制。讨论了FCL模块的续流、逆变以及逆变续流混合这三种瞬断控制方式及它们的优缺点,并分析了两者在启动、正常运行、故障限流、停机等工作状态下的协调控制策略,以保证装置的稳定运行。最后,以10kV实验样机为例讨论了限流式UPFC实验系统的设计,对限流式UPFC中的关键设备直流电容和限流电抗的参数设计进行了综述,提出了省去一侧电源和一个大功率系统阻抗的环形系统接线,按照实验站场地设计了现场安装与系统硬件布局图,对用于了解装置运行状态和控制装置运行的人机交互系统进行了简介,提出样机实验大纲以指导实验流程,按照试验大纲分别对启动并网、并联侧无功功率调节、潮流调节和短路故障进行实验验证和分析,实验结果验证了限流式UPFC的性能以及设计的可靠性。
【关键词】：限流式统一潮流控制器 工作原理 拓扑优化 仿真研究 保护系统 控制系统 实验系统 样机实验
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM721.2
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 1 绪论14-23
• 1.1 输电技术的发展及面临的挑战14-15
• 1.2 柔性交流输电技术15-18
• 1.2.1 概述15-16
• 1.2.2 统一潮流控制器16-18
• 1.3 短路限流技术18-21
• 1.3.1 概述18-19
• 1.3.2 桥式固态限流器19-21
• 1.4 本文的主要工作21-23
• 2 UPFC工作原理与数学模型23-38
• 2.1 传统统一潮流控制器23-27
• 2.1.1 工作原理23-24
• 2.1.2 潮流控制特性24-27
• 2.2 限流式统一潮流控制器27-29
• 2.3 限流式UPFC的几种优化方案29-35
• 2.3.1 基于谐振关断控制的限流式UPFC30-31
• 2.3.2 基于故障电流控制的限流式UPFC31-33
• 2.3.3 基于模块化多电平换流器的限流式UPFC33-35
• 2.3.4 UPFC优化方案的对比35
• 2.4 限流式UPFC对电网暂态稳定性影响的仿真研究35-38
• 3 限流式UPFC的保护系统设计38-45
• 3.1 过流过压分析38-40
• 3.2 进线过流保护电路设计40-41
• 3.3 输出过压保护电路设计41-43
• 3.4 实验与仿真研究43-45
• 4 限流式UPFC的控制系统设计45-70
• 4.1 控制系统整体结构45
• 4.2 统一潮流控制器部分45-65
• 4.2.1 基础理论46-53
• 4.2.2 系统级和换流器级控制53-59
• 4.2.3 阀组级控制59-65
• 4.3 限流器部分65-68
• 4.3.1 续流瞬断模式66
• 4.3.2 逆变瞬断模式66-67
• 4.3.3 逆变续流混合瞬断模式67-68
• 4.3.4 三种模式特性分析68
• 4.4 协调控制68-70
• 5 限流式UPFC的实验系统设计70-76
• 5.1 关键设备参数设计简述70-71
• 5.2 系统接线与布局71-72
• 5.3 人机交互系统设计简介72-73
• 5.4 实验大纲73-76
• 5.4.1 正常调试与实验73-74
• 5.4.2 短路调试与实验74-76
• 6 样机实验与分析76-80
• 6.1 启动并网实验76
• 6.2 并联侧定无功功率调节实验76-77
• 6.3 潮流调节实验77-78
• 6.4 模拟短路实验78-80
• 7 总结与展望80-82
• 7.1 本文工作总结80
• 7.2 展望80-82
• 参考文献82-88
• 附录88-96
• 附录A 限流式UPFC实验样机设备参数和系统硬件布局88-92
• 附录B 限流式UPFC实验装置照片92-96
• 攻读硕士学位期间的主要科研成果96-98
• 作者简历98

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