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作者：李昊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着世界能源格局向新型清洁能源结构转变,分布式电源的渗透率快速提高。但由于其发电的随机性、大量电力电子类负荷的不可控性以及较大的传输线阻抗,配电网末端存在电压波动甚至电压越限的问题。本文以串联补偿变换器作为研究对象,通... 详细信息

随着世界能源格局向新型清洁能源结构转变,分布式电源的渗透率快速提高。但由于其发电的随机性、大量电力电子类负荷的不可控性以及较大的传输线阻抗,配电网末端存在电压波动甚至电压越限的问题。本文以串联补偿变换器作为研究对象,通过对其模型和电压问题成因的理论分析,确定电压补偿方法和零冲击投切方案,为中/低压配电网末端电压治理提供一种外加装置的补偿方案。根据串联补偿变换器的工作原理,明确其与配电网的连接方式,并对其输出滤波器和直流变换器的相关参数进行设计。通过对串联补偿变换器小信号模型的研究,确定电压控制方法,分析串入可变电压能够实现的控制功能。围绕配电网末端电压问题,搭建系统简化模型,分析高渗透分布式电源条件下电压波动的产生机理以及影响因素。依据末端电压的串联补偿原理,提出基于虚拟阻抗的分段反下垂控制策略,降低电压波动范围、解决电压越限问题,并通过仿真软件验证电压补偿方法的有效性。针对串联补偿器投切过程中产生的电压冲击问题,建立投切暂态模型,分析投切操作产生振荡电压的成因及影响因素。提出零电流旁路断路器切除和零电压旁路断路器投入的方案,通过软件仿真验证分别投切暂态模型的正确性以及零冲击投切方案的有效性。最后,基于半实物仿真平台,设计串联补偿变换器的电压补偿和零冲击投切实验方案。搭建模拟功率电路,编写DSP控制程序,通过硬件在环实验,验证论文所提方法的可行性及仿真结果的正确性。

关键词：配电网分布式电源串联补偿变换器电压补偿零冲击投切

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弱电网下串联补偿式多功能变换器的研究

弱电网下串联补偿式多功能变换器的研究

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作者：王嘉楠哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

新能源发电接入电网比率日益提高,但因其具有分布式、间歇性的特点以及接入配电网时存在经过多变压器环节和长距离输电线路的情况,新能源在这种弱电网下并网会有以下关键问题:新能源电站受负载和并网要求,难以调控自身微源出力情况控制... 详细信息

新能源发电接入电网比率日益提高,但因其具有分布式、间歇性的特点以及接入配电网时存在经过多变压器环节和长距离输电线路的情况,新能源在这种弱电网下并网会有以下关键问题:新能源电站受负载和并网要求,难以调控自身微源出力情况控制并网输送功率;分布式电流控制型并网逆变器易与线路电感发生低频振荡,降低并网系统稳定性。本文以电压源逆变器及可串入线路变压器构成的串联补偿式变换器为研究对象,通过建模分析其控制功能,并在此基础上设计不同应用场景下的控制策略,以实现多功能应用,为新能源在弱电网下可靠并网提供一种引入外加装置的解决方案。针对电站端口电压幅值、相位调节受限及并网逆变器受锁相环影响与电网阻抗谐振的问题,明确串联补偿式变换器的接入方式,并对其相关参数进行分析设计。研究串联补偿变换器小信号模型,确定电压控制环路。基于串入可变电压原理,分析串入不同电压可实现的应用功能,并通过仿真验证基础的电压幅值、相位控制功能。研究串联补偿变换器功率控制方案对新能源电站传输功率提升的能力。通过建立并网系统模型,分析线路功率关系,研究加入串联补偿变换器补偿电压后,线路各节点功率变化情况。根据提升线路传输功率的需求,确定串入补偿电压大小,进而设计变压器参数。基于提升功率传输的原理,研究线路功率控制方案,实现新能源电站在弱电网下并网输送功率可控,并通过仿真验证该方案的正确性。研究串联补偿变换器通过电网阻抗重塑对电流控制型逆变器并网稳定性提升的能力。基于谐波线性化方法,建立电流控制型逆变器的序阻抗模型,利用阻抗比稳定性分析方法,研究逆变器与电网之间存在的低频谐振问题。基于对谐振机理的分析,提出电压锁相的串联补偿变换器可变阻抗控制策略,通过补偿模拟线路阻抗的电压实现电网阻抗抵消。仿真结果表明该策略可以在自身容量范围内提升弱电网下并网稳定性及传输电流能力。最后,基于RT-Box半实物仿真平台,设计软件方案,在该平台上进行本课题所采用的串联补偿变换器对电压、功率以及可变阻抗的仿真实验,证明该变换器能够在多应用场景下实现多种控制功能。

关键词：弱电网串联补偿变换器电压补偿功率控制阻抗重塑

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可变拓扑的改进型交直流混合微电网

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电力系统自动化 2020年第18期44卷 147-154页

作者：孟润泉杜毅韩肖清王磊王金浩王鹏电力系统运行与控制山西省重点实验室(太原理工大学) 山西省太原市030024 国网山西省电力科学研究院山西省太原市030000

为提高配电网非理想工况下并网的交直流混合微电网(HMG)的运行性能,提出一种可变拓扑的交直流HMG及其控制策略。首先,在HMG交流母线与配电网之间插入了串联补偿变压器(SCT),并设置对应的双功能变换器在并网运行时控制SCT实现电压补偿,... 详细信息

为提高配电网非理想工况下并网的交直流混合微电网(HMG)的运行性能,提出一种可变拓扑的交直流HMG及其控制策略。首先,在HMG交流母线与配电网之间插入了串联补偿变压器(SCT),并设置对应的双功能变换器在并网运行时控制SCT实现电压补偿,而在孤岛运行时用作HMG交直流母线接口变换器。其次,在分析电路拓扑和工作模式的基础上,设计了双功能变换器与交直流母线接口变换器的解耦协调控制策略。最后,仿真和实验结果表明,在配电网电压波动、暂降和暂升工况下,所提方案能够使HMG交流母线电压保持稳定,提高了HMG的故障穿越能力和供电质量。

关键词：微电网交直流变换器串联补偿变换器故障穿越能力电能质量

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可变频率变压器的电网故障穿越控制技术研究

可变频率变压器的电网故障穿越控制技术研究

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作者：卢嘉豪广东工业大学

学位级别：硕士

构建全球能源互联网,实现化石能源的电能替代和清洁替代,是未来能源发展的主要趋势。全球能源互联网的构建,必须解决不同频率电网之间的异步互联问题,目前可以采用的技术包括高压直流输电和可变频率变压器两种。为进一步推广可变频率变... 详细信息

构建全球能源互联网,实现化石能源的电能替代和清洁替代,是未来能源发展的主要趋势。全球能源互联网的构建,必须解决不同频率电网之间的异步互联问题,目前可以采用的技术包括高压直流输电和可变频率变压器两种。为进一步推广可变频率变压器的应用,必须实现可变频率变压器在电网故障期间的不间断运行,即提高其电网故障穿越能力。目前的故障穿越运行研究只针对对称故障,关于不对称故障下的运行和控制尚未有研究。因此,本文将围绕可变频率变压器在电网电压不对称故障下的运行展开研究,提出新的拓扑结构和控制策略,提高可变频率变压器的电网故障穿越能力,为其进一步的推广应用奠定基础。首先,论述了构建能源互联网的现状和面临的难题,介绍了目前两种电网异步互联方式的原理和特点,并对美国通用电气公司提出的可变频率变压器的主要控制技术进行了详尽讨论。然后,介绍了可变频率变压器的基本结构和工作原理,利用对称分量法和电路叠加定理推导了双边电网电压不对称故障下可变频率变压器的完整数学模型,以此作为本文研究工作的理论基础;搭建了基于OPAL-RT OP5600和dSPACE DS1103的硬件在环实验平台,利用此平台评估了双边电网电压不对称故障对可变频率变压器系统的影响和验证了本文提出的可变频率变压器完整数学模型的正确性。接着,考虑到可变频率变压器是一个可控自由度小的系统,为了寻求电网故障穿越控制效果最优原则,本文在可变频率变压器的定子侧增加一个串联补偿变换器,以使定子电压和定子电流可控,提高可变频率变压器的电网故障穿越能力:提出一种考虑定子负序电压和定子负序电流的控制策略,在维持对无功功率独立控制的同时,消除双边电网电压不对称故障引起的转矩、有功功率和无功功率波动。通过硬件在环实验验证,结果表明这种考虑定子负序电压和定子负序电流的控制策略可以完全抑制转矩、有功功率和无功功率的二倍转子转动频率和二倍定子频率波动分量,有效抑制转矩、有功功率和无功功率的二倍转子频率波动分量,实现双边电网电压不对称故障下的电网故障穿越控制。最后,考虑到一个串联补偿变换器解决双边电网电压不对称故障的能力有限,决定在可变频率变压器的转子侧增加一个串联补偿变换器,以使转子电压也可控,进一步提高可变频率变压器的电网故障穿越能力:提出一种考虑定子负序电压和转子负序电压的控制策略,在维持对无功功率独立控制的同时,消除双边电网电压不对称故障引起的转矩、有功功率和无功功率波动。通过硬件在环实验验证,结果表明本文提出的基于双串联补偿变换器的可变频率变压器系统拓扑结构具有合理性,而且这种新型电网故障穿越控制策略不仅可以完全抑制转矩、有功功率和无功功率的二倍转子转动频率和二倍定子频率波动分量,还可以完全抑制转矩、有功功率和无功功率的二倍转子频率波动分量,更好地实现双边电网电压不对称故障下的电网故障穿越控制。本文的研究工作得到国家自然科学基金项目“基于可变频率变压器的变速变频近海风电系统控制研究”的资助,提出的拓扑结构和控制策略均已通过硬件在环实验验证,为基于可变频率变压器的电网异步互联方式提供理论基础和经验。

关键词：可变频率变压器串联补偿变换器双边电网电压不对称故障电网故障穿越控制

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