用于馈线互联的模块化多电平交-交变换器拓扑选型与控制策略研究
发布时间：2020-07-17 10:04
【摘要】：随着传统能源日益枯竭,新型清洁能源的替代已成为必然趋势。目前清洁能源正以分布式能源的形式接入配电网,同时给配电网的电能质量、系统稳定、继电保护等方面带来一系列新的挑战。柔性多状态开关(Soft Normally Open Point,SNOP)作为一种安装于配网馈线末端联络处,用于局部替代传统联络开关的新型电力电子装置,能够对流经的有功功率和无功功率进行精确控制,解决潮流受控、分布式能源消纳以及供电可靠性等问题,对未来配电网建设具有重要意义。本文重点围绕交-交变换型柔性多状态开关拓扑及其控制策略进行研究,研究工作如下:首先,针对基于电压源型背靠背模块化多电平变换器的柔性多状态开关,从其主电路拓扑结构、工作原理、数学模型、控制策略以及接入位置等方面进行了分析,完成了采用该拓扑结构(交-直-交型)柔性多状态开关的仿真分析。其次,对交-交型的模块化多电平变换器开展拓扑选型研究。总结了模块化多电平矩阵变换器,六边形模块化多电平变换器,Y型模块化多电平变换器的拓扑结构、工作原理以及数学模型,并对这三种拓扑的模块数,器件数以及控制运行特点进行总结和对比,对三种拓扑适合的工作场合进行了选型分析,最终在配网馈线互联的应用场景下,选定Y型模块化多电平变换器作为重点研究对象。然后,深入研究了Y型模块化多电平变换器的功率控制策略,在d-q坐标系下建立其数学模型,提出了包括外环电压、功率控制和内环电流控制的双闭环控制策略,并给出具体的载波叠加调制、模块电容均压、模块电容预充电的实现方法。利用MATLAB/Simulink搭建了针对中压配网馈线互联应用场景的仿真模型,并给出各核心仿真模块的详细搭建过程。最后,结合柔性多状态开关在电网系统中运行的实际情况,针对馈线负载突增和分布式电源出力突增两个应用场景进行了仿真分析,分析系统稳态与动态运行的仿真波形,对桥臂电压、模块电容、电流进行详细分析,总结归纳了Y型模块化多电平变换器对于中压馈线互联应用场景的适用性。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46
【图文】：
２．邋１柔性多状态开关工作原理逡逑为了实现柔性多状态开关功能，可以有很多种不同的电路结构选择，当前研逡逑究中多选择背靠背电压源型变换器结构来实现柔性多状态开关，图２－１为连接两逡逑侧配电网的柔性多状态开关的系统结构图。逡逑逦？邋逦１邋｜逦１邋一逡逑（＾）————逦ｆＶＹ＾－ｃ＝＾－－（＾）逡逑变换器ＶＳＣｉ逦变换器ｖｓｃ２逡逑图２－１柔性多状态开关系统接入结构图逡逑其中，柔性多状态开关两端结构完全相同，采用电压源型变换器；中间为直逡逑流侧。Ｌ／、ｈ为换流电抗器，实现换流器与配电网的能量交换，同时具有滤波效逡逑果；办、沁为总等效电阻，Ｃ为直流侧电容，提供直流电压，减小直流侧的谐波，逡逑并且能在桥臂关断时抑制冲击电流。逡逑由于两侧变换器结构对称，因此可以一侧的变换器为例分析，本节分析稳态逡逑下的左侧变换器ＦＳＣ；，令左侧电源电压向量为乌，变换器的网侧输出电压向量逡逑为变换器网侧电压落后电源电压的角度为Ａ。忽略电阻损耗，由此可得到流逡逑入变换器的有功和无功功率表达式：逡逑ＥＵ逡逑Ｐ＝＾±ｓ－ｍＳ逦（２－１）逡逑义丨逡逑＾邋Ｅ．邋（￡，邋－邋Ｕ．邋ｃｏｓ邋Ｓ．）逦
有功功率和无功功率的传输作为控制目标。逡逑２．２柔性多状态开关的数学模型逡逑＇变换器电路拓扑结构如图２－２所示，每个桥臂根据所需电压高低可选择两电逡逑平或多电平方案，由于柔性多状态开关结构的对称性，因此只需要分析单侧变换逡逑器的数学模型。逡逑金ｄｅｌ逦ｉｄｃ２逡逑Ｌ邋Ｒ邋ｒ邋ｌ逡逑０逦＿＿＜Ｗ＼ｒ４＾逦邋Ｃ逦逦0逡逑逦ｐ－逦＾Ｕ＾－ｒｒｒｙ＾－＆＾逡逑ｎ逡逑图２－２电压源型变换器拓扑结构图逡逑２．２．１三相自然坐标系下的数学模型逡逑考虑理想情况，作如下假设：逡逑（１）
逦ｄ、⑴逡逑、户逡逑图２－３坐标变换示意图逡逑按恒功率变换原则，选取坐标变换矩阵为：逡逑ｒｙ邋ｃｏｓ邋l掑澹悖铮螅ǎ蓿╁澹悖铮螅ǎ蓿╁义希裕睿剑剩危冲危冲危ǎ玻保埃╁义希螅椋睿掊澹螅椋睿ǎ蓿╁澹螅椋睿ǎ蓿╁义献晗迪碌谋浠黄魇Ｐ停哄义希蹋赍澹藉危澹遥椋赍澹澹幔荆蹋椋皴濉澹郑剩悖螅溴义希洌赍义希垮澹蹋掊澹藉澹澹椋遥椋欤椋埃保卞澹溴澹危ǎ玻保保╁义希疱危危危义希茫掊宥澹瑁祝洌桢义嫌捎诨ㄆ德屎托曛嵝德氏嗤虼耍渲岱至亢停缰岱至烤义现绷髁俊Ｓ捎冢渲岬难∪『偷缤缪梗迨噶客剑虼耍渲岱至课泄Ψ至浚义希缰嵛薰Ψ至浚杀阌诙懒⒖刂朴泄臀薰Α５樱ǎ玻保保┛杉缪狗匠讨绣义弦廊淮嬖隈詈舷睢ｅ义希玻橙嵝远嘧刺氐目刂撇呗藻义希玻澹常敝苯拥缌骺刂棋义现苯拥缌骺刂颇苁迪值缌鞯目焖俜蠢。潜冉现髁鞯目刂品椒ǎ每刂撇呗藻义习礁霰栈房刂疲β释饣房刂坪偷缌髂诨房刂啤９β释饣房刂瓶梢钥刂朴泄﹀义虾臀薰β剩坏缌骰肥迪侄酝嗟缌鞯目刂啤Ｍ嗟牡缌鞅栈房刂剖沟帽浠黄魍义喜嗟缌鞯亩阅芎臀忍阅芏嫉玫搅颂嵘
本文编号：2759294
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46
【图文】：
２．邋１柔性多状态开关工作原理逡逑为了实现柔性多状态开关功能，可以有很多种不同的电路结构选择，当前研逡逑究中多选择背靠背电压源型变换器结构来实现柔性多状态开关，图２－１为连接两逡逑侧配电网的柔性多状态开关的系统结构图。逡逑逦？邋逦１邋｜逦１邋一逡逑（＾）————逦ｆＶＹ＾－ｃ＝＾－－（＾）逡逑变换器ＶＳＣｉ逦变换器ｖｓｃ２逡逑图２－１柔性多状态开关系统接入结构图逡逑其中，柔性多状态开关两端结构完全相同，采用电压源型变换器；中间为直逡逑流侧。Ｌ／、ｈ为换流电抗器，实现换流器与配电网的能量交换，同时具有滤波效逡逑果；办、沁为总等效电阻，Ｃ为直流侧电容，提供直流电压，减小直流侧的谐波，逡逑并且能在桥臂关断时抑制冲击电流。逡逑由于两侧变换器结构对称，因此可以一侧的变换器为例分析，本节分析稳态逡逑下的左侧变换器ＦＳＣ；，令左侧电源电压向量为乌，变换器的网侧输出电压向量逡逑为变换器网侧电压落后电源电压的角度为Ａ。忽略电阻损耗，由此可得到流逡逑入变换器的有功和无功功率表达式：逡逑ＥＵ逡逑Ｐ＝＾±ｓ－ｍＳ逦（２－１）逡逑义丨逡逑＾邋Ｅ．邋（￡，邋－邋Ｕ．邋ｃｏｓ邋Ｓ．）逦
有功功率和无功功率的传输作为控制目标。逡逑２．２柔性多状态开关的数学模型逡逑＇变换器电路拓扑结构如图２－２所示，每个桥臂根据所需电压高低可选择两电逡逑平或多电平方案，由于柔性多状态开关结构的对称性，因此只需要分析单侧变换逡逑器的数学模型。逡逑金ｄｅｌ逦ｉｄｃ２逡逑Ｌ邋Ｒ邋ｒ邋ｌ逡逑０逦＿＿＜Ｗ＼ｒ４＾逦邋Ｃ逦逦0逡逑逦ｐ－逦＾Ｕ＾－ｒｒｒｙ＾－＆＾逡逑ｎ逡逑图２－２电压源型变换器拓扑结构图逡逑２．２．１三相自然坐标系下的数学模型逡逑考虑理想情况，作如下假设：逡逑（１）
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本文编号：2759294
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