發(fā)布時間：2020-04-19 23:27

【摘要】：統(tǒng)一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)是一種能夠實現并聯補償、串聯補償、移相和端電壓調節(jié)的靈活交流輸電裝置(flexible ac transmission systems,FACTS)。為了解決我國電網負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)拓撲更為復雜,對其控制策略和電磁暫態(tài)建模是當前國內外學者研究的熱點。由于MMC-UPFC系統(tǒng)分為串聯側和并聯側,基于現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的基本結構和運行原理,分別建立了并聯側和串聯側換流器數學模型,設計了基于PI控制的并聯換流器和基于交叉解耦控制的串聯換流器雙環(huán)控制策略,所設計的控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定控制線路潮流。據此建立了蘇南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、換流閥和直流側出現的十六種典型故障工況,仿真獲得了不同故障條件下設備關鍵節(jié)點的緩波前過電壓特性和避雷器保護水平,分析得出了故障保護動作對過電壓水平的影響,計算結果表明蘇南500kV MMC-UPFC工程主設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)站內雷電過電壓防護問題,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三種運行方式下設備的雷電過電壓水平,分析了進線段接地電阻、工頻電壓相角等因素對設備雷電過電壓水平的影響,校核結果表明500kV蘇南MMC-UPFC站設備要求的絕緣水平滿足雷電過電壓防護要求。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工程的設計、過電壓與絕緣配合提供支撐,且對柔性輸電技術的發(fā)展具有重要的理論和工程應用價值。
【圖文】：

統(tǒng)是 MMC-UPFC 系統(tǒng)的核心，MMC 在 UPFC 系統(tǒng)的應更加復雜，同時也使控制保護系統(tǒng)結構更加復雜。FAC制策略，本文主要針對 MMC-UPFC 的 UPFC 站級和閥MMC的拓撲結構與UPFC的運行原理出發(fā)，分別推導聯側的數學模型，設計 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 基本結構和原理C 拓撲結構與運行機理-1 所示，三相模塊化多電平換流器的拓撲結構高度模塊器的子模塊的數量來調節(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)串聯橋臂電抗器組成。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文塊的直流側電容電壓來支撐的。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。當子模塊處于閉鎖狀態(tài)時，對 T1、T2 均加關斷信號，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對子模塊內的電容器充電，或者是在故障的時候旁路子模塊內的電容器。當子模塊處于投入狀態(tài)時，對 T1 加開通信號，對 T2 加關斷信號，，這時正向電流通過 D1 對電容進行充電，反向電流通過 T1 對電容進行放電。子模塊輸出電壓為電容器電壓 Uc。當子模塊處于切除狀態(tài)時，對 T1 加關斷信號，對 T2 加開通信號，這時電容被旁路，子模塊輸出電壓為零。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM721.1

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本文編號：2633858