基于VSC的FACTS装置STATCOM、SSSC、UPFC的建模和应用研究

论文摘要

随着现代电力系统进入大系统、超高压远距离输电、跨区域联网的新阶段,以及电力市场的逐步完善和电力企业的商业化运行,电力系统迫切需要越来越多的控制手段来进行潮流调节和提高系统的稳定性。灵活交流输电（FACTS）为应对电力系统面临的这些挑战提供了可能,同时灵活交流输电技术的应用也为电力系统的运行与控制带来许多新的特性与变化。因此,研究FACTS技术并建立适应性强、.模拟准确的仿真模型,对FACTS装置接入系统进行深入的安全评估,已成为电力系统分析应用软件必须开展的工作。本文针对三种基于电压源换流器（VSC）的FACTS装置——静止无功发生器STATCOM、静止同步串联补偿器SSSC和统一潮流控制器UPFC——的仿真模型展开探索和研究。通过查阅大量的FACTS相关文献,论述了STATCOM、SSSC、UPFC的基本原理及应用情况,并重点介绍了这三种FACTS装置的基本元件——电压源换流器VSC的工作原理和实现技术。在分析STATCOM、SSSC、UPFC工作原理和应用的基础上,找到与原有潮流计算程序能够实现较好兼容的静态模型,提出了考虑直流侧电容动态过程的改进准稳态模型,并在由中国电力科学研究院系统所开发的电力系统机电暂态稳定计算软件PSD-BPA暂态稳定程序的基础上开发了计算这三种FACTS装置各种模型的仿真模块。通过算例对准稳态模型的改进模型与简化模型的仿真结果进行了对比,论证了各模型的适用范围。最后,针对UPFC定线路功率控制策略在实际电网中的应用问题,提出了三种新的控制策略方案——定断面潮流控制策略、分段控制策略和PSS型控制策略,为充分发挥UPFC的强大控制功能进行了有益的探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 FACTS的产生背景和装置简介
• 1.3 FACTS技术在电力系统中的研究现状
• 1.4 论文的主要内容
• 第二章 电压源换流器VSC简介
• 2.1 VSC（Voltage Source Converter）概述
• 2.2 VSC基本原理
• 2.2.1 电压源单相全桥逆变电路
• 2.2.2 电压型三相桥式逆变电路
• 2.2.3 电压型逆变器的特点
• 2.3 脉宽调制技术PWM
• 2.3.1 PWM基本原理
• 2.3.2 SPWM（Sinusoidal PWM）正弦脉宽调制
• 2.4 小结
• 第三章 静止同步补偿器STATCOM数学模型的研究与分析
• 3.1 引言
• 3.2 静止同步补偿器STATCOM简介
• 3.2.1 静止同步补偿器STATCOM概述
• 3.2.2 STATCOM基本原理
• 3.3 STATCOM模型分析
• 3.3.1 静态模型（潮流计算）
• 3.3.2 准稳态模型（暂态计算）
• 3.4 软件设计
• 3.4.1 面向对象
• 3.4.2 STATCOM准稳态模型计算方法
• 3.4.3 STATCOM准稳态模型软件设计流程
• 3.5 算例分析
• 3.5.1 小系统算例分析
• 3.5.2 大系统算例分析
• 3.6 小结
• 第四章 静止同步串联补偿器SSSC数学模型的研究与分析
• 4.1 引言
• 4.2 静止同步串联补偿器SSSC简介
• 4.2.1 静止同步串联补偿器SSSC基本原理
• 4.2.2 SSSC控制功能
• 4.3 SSSC数学模型
• 4.3.1 静态模型（潮流计算）
• 4.3.2 准稳态模型（暂态计算）
• 4.4 软件设计
• 4.4.1 SSSC准稳态模型计算方法
• 4.4.2 SSSC软件设计流程
• 4.5 算例分析
• 4.5.1 小系统算例分析
• 4.5.2 大系统算例分析
• 4.6 小结
• 第五章 统一潮流控制器UPFC数学模型的研究与分析
• 5.1 引言
• 5.2 统一潮流控制器UPFC简介
• 5.2.1 统一潮流控制器UPFC基本结构
• 5.2.2 UPFC的潮流控制
• 5.3 UPFC数学模型
• 5.3.1 静态模型（潮流计算）
• 5.3.2 准稳态模型（暂态计算）
• 5.4 软件设计
• 5.4.1 UPFC准稳态模型计算方法
• 5.4.2 UPFC软件设计流程
• 5.5 算例分析
• 5.5.1 小算例系统分析
• 5.5.2 大系统算例分析
• 5.6 小结
• 第六章 UPFC模型中保护限幅和控制策略的研究
• 6.1 引言
• 6.2 UPFC模型中保护限幅的研究
• 6.3 UPFC控制策略的研究
• 6.4 实际算例分析
• 6.5 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 未来工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作