新型电能质量调节与故障限流复合系统关键控制技术研究

摘要

随着经济的发展，我国对电能的依赖越来越强，电力作为国民经济发展和人民生活的保障受到了政府的关注。然而，近年来电网结构日益复杂、电力电子器件构成的设备不断接入电网，造成电能质量问题频繁发生；同时电网规模不断扩大造成短路容量大幅增加，直接危害设备和系统安全。因此，电能质量的治理和短路故障电流的限制，是当前电力科研工作者需要攻克的难关。针对传统电能质量治理设备和故障限流设备功能单一，效率低下的问题，本文提出了新型电能质量调节与故障限流复合系统(HPQFC系统)，它不仅可以对电能质量进行治理，同时能够限制短路故障电流，克服了传统电能质量治理设备在短路故障下无法实现自身保护，传统故障限流设备功能单一、利用效率低等问题。
　　本文提出了新型电能质量调节与故障限流复合系统的拓扑结构，它将电能质量调节与故障限流有机的结合，在电网正常工作时，能对电能质量进行治理，当电网发生短路故障时，能限制故障限流的大小；文中详细介绍了 HPQFC系统的工作原理，介绍了新型电能质量调节与故障限流复合系统的基本控制策略，对系统并联侧复合控制策略、串联侧复合控制策略以及故障限流复合控制策略分别进行了说明；基于HPQFC系统前级PWM整流器在重载下失稳现象，对PWM整流器的带载能力进行了理论推导，得到了 PWM整流器最大带载能力的数学模型。
　　当新型电能质量调节与故障限流复合系统对电压质量进行治理时，若电压补偿深度不够，级联H桥逆变器将出现输出电平丢失的现象，电平丢失的本质是调制比较低。基于此，文中详细分析了采用载波水平移相 SPWM(CPS-SPWM)调制策略时，电平数与调制比的关系，得到了输出最大电平数下调制比满足的条件以及输出电平数与调制比范围对应的关系；分析了系统参数与补偿性能的影响，提出了参数影响因子的概念，并通过实时计算参数影响因子的大小实现最大电平数输出控制，提出了HPQFC系统输出最大电平数控制策略。
　　针对滤波器限流效果的不理想，建立了限流器等效电路和等效数学模型；在分析晶闸管触发相位对电流波形的影响的基础上，提出了基于晶闸管调整的HPQFC电网故障电流主动调节控制策略，仿真结果表明：所提控制策略可以根据系统需要，通过调节晶闸管导通角，将短路故障电流限制在合理的水平。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 电能质量调节与故障限流复合系统研究现状

1.3 论文的主要研究内容及各章节安排

第2章 HPQFC系统拓扑结构与总体控制

2.1 新型电能质量调节与故障限流复合系统基本原理

2.2 HPQFC系统基本控制策略

2.3 HPQFC系统前级PWM整流器带载能力分析

2.4 仿真及实验验证

2.5 本章小结

第3章 基于最大电平数输出的HPQFC系统电能质量控制技术

3.1 HPQFC系统调制策略

3.2 HPQFC系统最大电平输出原理

3.3 基于最大电平数输出的HPQFC系统电能质量控制技术

3.4 仿真与实验分析

3.5 本章小结

第4章 基于晶闸管调整的HPQFC系统电网故障电流主动控制技术

4.1 HPQFC系统限流等效模型

4.2 HPQFC系统电网故障电流主动控制技术

4.3 仿真分析

4.4 本章小结

总结与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间获得的研究成果

致谢