储能型统一电能质量调节器电压补偿能力提升方法研究

作     者：张震霄 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：年珩

授予年度：2023年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：统一电能质量调节器 储能接入 运行控制 均衡控制 电压补偿 

摘      要：在全面推进双碳目标、加速能源结构转型的大背景下,我国电力系统也正逐步转型成为以新能源为主体的新型电力系统。随着分布式新能源设备接入的比例不断升高,配电网普遍出现新能源消纳问题和电能质量问题。分布式储能的接入有助于削峰填谷,平抑新能源出力波动,解决消纳问题。针对电能质量问题,目前分散式地从用户侧和负荷侧开展电能质量提升工作,缺乏经验和效率,易造成“过补偿或“欠补偿,统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)集动态电压恢复、无功补偿、谐波治理和功率支撑等多种功能于一身,能够对多种类、多时间尺度电能质量问题展开集中综合治理,有助于提高区域供电质量。储能技术与UPQC相结合,在利用储能能量存储特性解决高比例新能源接入带来的消纳问题的同时,储能接入为UPQC换流器提供能量支撑,能够进一步提升系统的运行性能与可靠性,更好地保障配电网中敏感用户的优质供电,为社会发展带来巨大效益。因此,储能型UPQC系统运行控制技术和电压补偿能力提升问题具有重要的研究意义,能够为储能与UPQC系统结合应对高比例分布式新能源接入提供理论指导和技术支撑。本文围绕基于储能型UPQC电能质量治理关键技术和电压补偿能力提升方法展开研究,主要研究内容如下:1、针对配电网侧集中式电能质量提升需求,展开了基于模块化多电平换流器(MMC)结构储能型UPQC系统中压直挂式接入拓扑与运行控制技术的研究。首先,分析并建立了系统等效功率传输模型,基于模型构建UPQC电能质量控制系统对配电网电压、电流进行补偿。计及MMC结构下分布式储能接入子模块直流侧带来新的储能荷电状态(SOC)均衡问题,分析了现有均衡控制方法在新场景下的不足,展开一相桥臂子模块储能SOC状态均衡控制技术的研究,并搭建仿真模型进行验证。2、针对配电网中的电压补偿和功率支撑需求,以及固有UPQC控制功能单一、缺乏协调的问题,展开UPQC串、并联侧换流器协同控制策略研究。对于配电网中基波和谐波电压的综合补偿问题,展开了基于UPQC串联侧换流器电压补偿控制策略的研究。对于配电网中波动平抑和功率支撑的需求,展开了基于UPQC并联侧换流器的功率响应型控制和主动支撑型控制策略的研究。进一步研究UPQC协同补偿控制,实现串、并联侧换流器间的功能互补利用,以提升系统利用率和运行效能。最后搭建仿真模型分别验证所提控制策略。3、针对储能型UPQC对配电网电压补偿能力提升的问题,分析了串、并联侧换流器电压补偿耦合影响,建立了UPQC系统电压补偿能力数学模型。基于电压补偿能力的建模,结合储能接入特性,研究并联侧换流器输出功率指令对电压补偿的效用,分析并联侧换流器最佳无功补偿量,展开并联侧换流器基于协同电压补偿策略的功率指令改进分配研究,提升系统电压补偿能力。基于储能型UPQC的协同电压补偿,展开储能型UPQC系统传输容量优化设计方法的研究,分析了系统串、并联侧换流器传输容量最优配置比率。通过搭建仿真模型对电压补偿能力数学模型的准确性与所提控制策略的有效性进行了验证,并将所提优化设计方法结合仿真算例进行运用。