统一潮流控制器并联变流器的设计与实现

作     者：刘小园 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：康勇

授予年度：2005年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：UPFC 并联变流器 空间矢量SVPWM 双闭环控制 下垂调节 有功功率 无功功率 

摘      要：电力系统向大型互联电网发展,已经成为世界各国现代电力系统发展的共同趋势,而互联的电网形成使得电网结构日益复杂,运行日益繁重。为迎合电力系统发展需要,柔性交流输电(FACTS)技术急速发展。而统一潮流控制器作为最杰出FACTS 设备,它控制潮流的能力更强,用途更广。 本文首先研究分析UPFC 的基本工作原理和UPFC 的控制功能,并详细论述UPFC的有功和无功独立控制机理。根据UPFC 特性提出整体控制结构,并就UPFC 的多功能特性提出相应的控制模式。确定了统一潮流控制器在不同调节控制方式下所对应的串联注入电压幅值和相位关系。根据并联变流器在UPFC 的作用提出并联变流器的相应控制策略。 按并联变流器器在不同开关函数时的拓扑联接关系,建立了并联变流器的原始数学模型。为使并联变流器模型能用于系统分析当中,用平均状态空间法建立了并联变流器的平均状态空间模型,消除了开关函数的不连续跳跃变化。引入坐标变换和空间电压矢量概念,推导出三相系统在各种坐标系之间的转换关系,用坐标变换将并联变流器的三相模型降阶,使得三相交流变量转化为直流量。简单介绍了PWM 技术,给出了连续空间矢量PWM 方式开关矢量选择及作用时间计算公式。 在确定的并联变流器控制策略和详细VSR 模型基础上,根据并联变流器控制原理,推导出整个并联变流器控制系统的设计过程,并给出具体参数计算公式。基于三相系统在dq 坐标下的特点,本文采用双闭环控制系统,d 轴是一个电压外环加电流内环,为提高d 轴动态响应采用串联直流侧电压作电流前馈,q 轴是直接电压下垂或间接电流下垂作外环加电流内环,并引入电流状态反馈实现d、q 轴电流的解耦控制。在d 轴定义为三相电压合成矢量时,很容易实现并联变流器的有功和无功独立控制,并且能获得高质量输出电压波形和高功率因数。通过仿真和实验验证系统设计结果正确性。 根据UPFC 并联变流器设计指标,详细设计了并联变流器主电路器件参数。通过实验结果验证UPFC 并联变流器能实现其所具有功能。