【摘要】：統(tǒng)一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償、移相和端電壓調(diào)節(jié)的靈活交流輸電裝置(flexible ac transmission systems,FACTS)。為了解決我國電網(wǎng)負(fù)荷中心潮流分布不均、電壓支持能力不足等問題,我國正在研發(fā)世界上輸送容量最大、電壓等級最高、基于模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,MMC)的500kV級統(tǒng)一潮流控制器,代表世界柔性輸電技術(shù)的最高水平。為了優(yōu)化500kV MMC-UPFC工程的絕緣配合、保障工程的安全穩(wěn)定運行,亟待深入研究MMC-UPFC系統(tǒng)的電磁暫態(tài)過電壓特性及其抑制方法。與傳統(tǒng)兩電平UPFC相比,MMC-UPFC系統(tǒng)拓?fù)涓鼮閺?fù)雜,對其控制策略和電磁暫態(tài)建模是當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。由于MMC-UPFC系統(tǒng)分為串聯(lián)側(cè)和并聯(lián)側(cè),基于現(xiàn)有柔性直流輸電系統(tǒng)(MMC-HVDC)建立的控制模型和電磁暫態(tài)特性規(guī)律不能直接外推用于MMC-UPFC系統(tǒng)。本文針對上述問題,首先聚焦MMC-UPFC控制策略與電磁暫態(tài)建模問題,研究分析了MMC-UPFC的基本結(jié)構(gòu)和運行原理,分別建立了并聯(lián)側(cè)和串聯(lián)側(cè)換流器數(shù)學(xué)模型,設(shè)計了基于PI控制的并聯(lián)換流器和基于交叉解耦控制的串聯(lián)換流器雙環(huán)控制策略,所設(shè)計的控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定控制線路潮流。據(jù)此建立了蘇南500kV MMC-UPFC工程的緩波前電磁暫態(tài)模型,通過開展工程穩(wěn)態(tài)運行工況和功率階躍工況的仿真,證明了所建立的控制模型具有良好的穩(wěn)態(tài)及動態(tài)性能。其次,圍繞蘇南500kV MMC-UPFC工程的緩波前過電壓特性及其抑制方法,本文基于所建立的電磁暫態(tài)模型,考慮工程交流側(cè)、換流閥和直流側(cè)出現(xiàn)的十六種典型故障工況,仿真獲得了不同故障條件下設(shè)備關(guān)鍵節(jié)點的緩波前過電壓特性和避雷器保護(hù)水平,分析得出了故障保護(hù)動作對過電壓水平的影響,計算結(jié)果表明蘇南500kV MMC-UPFC工程主設(shè)備的緩波前絕緣水平能夠滿足要求。最后,針對蘇南500kV MMC-UPFC系統(tǒng)站內(nèi)雷電過電壓防護(hù)問題,本文通過分析MMC-UPFC站的雷電侵入波傳播路徑,研究建立了含500kV交流變電站和MMC-UPFC站的雷電侵入波過電壓計算模型。計算獲得了MMC-UPFC系統(tǒng)單線、雙線和STATCOM三種運行方式下設(shè)備的雷電過電壓水平,分析了進(jìn)線段接地電阻、工頻電壓相角等因素對設(shè)備雷電過電壓水平的影響,校核結(jié)果表明500kV蘇南MMC-UPFC站設(shè)備要求的絕緣水平滿足雷電過電壓防護(hù)要求。本文的研究工作可對保障蘇南500kV UPFC的安全穩(wěn)定運行和MMC-UPFC工程的設(shè)計、過電壓與絕緣配合提供支撐,且對柔性輸電技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論和工程應(yīng)用價值。
【圖文】：

統(tǒng)是 MMC-UPFC 系統(tǒng)的核心，MMC 在 UPFC 系統(tǒng)的應(yīng)更加復(fù)雜，同時也使控制保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。FAC制策略，本文主要針對 MMC-UPFC 的 UPFC 站級和閥MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與UPFC的運行原理出發(fā)，分別推導(dǎo)聯(lián)側(cè)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計 UPFC 站級和閥控制級控制策略C 的電磁暫態(tài)模型并仿真驗證控制系統(tǒng)的有效性。C-UPFC 基本結(jié)構(gòu)和原理C 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與運行機(jī)理-1 所示，三相模塊化多電平換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高度模塊器的子模塊的數(shù)量來調(diào)節(jié)輸出電壓，可以滿足不同的電求。換流器的每一相單元分為上橋臂和下橋臂，三相共有包含 N 個子模塊(submodule, SM)串聯(lián)橋臂電抗器組成。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文塊的直流側(cè)電容電壓來支撐的。子模塊中兩個 IGBT 的觸發(fā)信號有多種組合方式，子模塊的工作狀態(tài)可以分為“投入狀態(tài)”、“切除狀態(tài)”、“閉鎖狀態(tài)”三種。當(dāng)子模塊處于閉鎖狀態(tài)時，對 T1、T2 均加關(guān)斷信號，這種情況多發(fā)生在非正常工作狀態(tài)，例如啟動模塊化多電平換流器的時候?qū)ψ幽K內(nèi)的電容器充電，或者是在故障的時候旁路子模塊內(nèi)的電容器。當(dāng)子模塊處于投入狀態(tài)時，對 T1 加開通信號，對 T2 加關(guān)斷信號，，這時正向電流通過 D1 對電容進(jìn)行充電，反向電流通過 T1 對電容進(jìn)行放電。子模塊輸出電壓為電容器電壓 Uc。當(dāng)子模塊處于切除狀態(tài)時，對 T1 加關(guān)斷信號，對 T2 加開通信號，這時電容被旁路，子模塊輸出電壓為零。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM721.1

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本文編號：2633858