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限流式统一潮流控制器的参数设计与控制策略研究

作　者: 沈忱
导　师: 王玉芬
学　校: 浙江大学
专　业: 电气工程
关键词: 统一潮流控制器电力系统短路限流参数设计控制策略功率控制启停控制实验样机
分类号: TM721.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

限流式统一潮流控制器(unified power flow controller with fault current limiting, UPFC-FCL)是一种新型的柔性交流输电系统装置,将传统UPFC与固态限流器相结合,正常运行时可以与系统进行常规功率交换,当系统发生短路故障时,限流器可以快速限制短路电流并隔离故障,有效提高了UPFC装置的运行安全性与稳定性。本文结合限流式UPFC的工作原理给出了装置参数的设计方法,根据最大补偿容量和额定电流确定最大补偿电压,进而确定直流母线额定电压,根据补偿容量指标确定滤波电感的取值范围,按照短路电流水平设计限流电感。本文依据上述设计方法给出了额定电压为10kV,最大补偿容量为1MVA的装置设计实例,确定了串联侧注入系统的最大补偿电压、直流母线额定电压、并联侧及串联侧滤波电感、限流器模块限流电感等。针对限流式UPFC已有功率控制策略的不足,建立了含限流式UPFC的系统模型,提出了基于线路电流控制的功率控制策略。分析了限流式UPFC的启停过程,给出了完整的启停控制方案。启动阶段接入限流电阻以防直流电容充电电流过大而导致过压过流损坏。停机时通过并联变换器释放直流电容的一部分能量从而降低放电电阻的设计要求。PSCAD/EMTDC软件的建模与仿真结果证明了基于线路电流控制的限流式UPFC功率控制策略具有良好的动态和稳态性能,同时也验证了启停控制方案的合理性和有效性。最后,搭建了380V限流式UPFC的实验样机平台,通过启动实验、潮流调节实验、短路实验,来验证文中所述拓扑结构、参数设计和控制策略的有效性和合理性。

全文目录

致谢  4-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-16
  1.1 课题目的与研究意义  11-12
  1.2 统一潮流控制器的国内外研究现状与发展趋势  12-13
  1.3 限流器的应用领域及其发展  13-14
  1.4 本文的主要工作  14-16
2 限流式UPFC的基本原理与参数设计  16-27
  2.1 常规UPFC工作原理概述  16-17
    2.1.1 UPFC的基本工作原理  16-17
    2.1.2 UPFC的基本拓扑  17
  2.2 限流式UFPC拓扑结构及工作原理  17-19
    2.2.1 限流式UPFC拓扑介绍  17-18
    2.2.2 限流式UPFC工作原理  18-19
  2.3 限流式UPFC运行指标的确定  19-20
  2.4 限流式UPFC装置参数的设计  20-23
    2.4.1 并联侧滤波电感参数设计  20-21
    2.4.2 串联侧滤波电感参数设计  21-22
    2.4.3 限流电感参数设计  22-23
  2.5 10kV/1MVA限流式UPFC设计实例及仿真验证  23-25
    2.5.1 限流式UPFC设计实例  23-24
    2.5.2 仿真验证  24-25
  2.6 本章小结  25-27
3 限流式UPFC控制策略研究  27-52
  3.1 电力系统坐标变换  27-34
    3.1.1 Park变换  27-31
    3.1.2 Park变换的其他形式  31-32
    3.1.3 Clark 变换  32-34
  3.2 电压源型变换器  34-38
    3.2.1 电压源型变换器基本原理  34-37
    3.2.2 电压源型变换器的正弦脉宽调制  37-38
  3.3 三相电压源型变换器的数学模型  38-42
    3.3.1 三相静止坐标系下的数学模型  38-39
    3.3.2 两相静止坐标系下的数学模型  39-41
    3.3.3 同步旋转坐标系下的数学模型  41-42
  3.4 限流式UPFC串、并联变换器控制策略  42-47
    3.4.1 并联变换器控制策略  43-45
    3.4.2 串联变换器控制策略  45-47
  3.5 基于线路电流控制的功率控制策略  47-49
  3.6 仿真验证  49-50
  3.7 本章小结  50-52
4 限流式UPFC启停控制研究  52-58
  4.1 限流式UPFC的启动过程  52-54
    4.1.1 不控启动阶段  52-53
    4.1.2 可控启动阶段  53-54
  4.2 限流式UPFC的停机过程  54-56
    4.2.1 正常停机  54-55
    4.2.2 故障停机  55-56
  4.3 仿真验证  56-57
    4.3.1 启动仿真  56
    4.3.2 正常停机仿真  56-57
    4.3.3 故障停机仿真  57
  4.4 本章小结  57-58
5 限流式UPFC样机实验  58-63
  5.1 实验系统拓扑和参数  58-59
  5.2 实验波形  59-62
    5.2.1 启动实验  59
    5.2.2 潮流调节实验  59-61
    5.2.3 短路实验  61-62
  5.3 本章小结  62-63
6 总结与展望  63-65
  6.1 主要结论  63-64
  6.2 有待继续研究的问题  64-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间的主要科研成果  69

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