分布式潮流控制器控制方法及应用研究

摘要

分布式潮流控制器(DPFC)是在统一潮流控制器的基础上所派生出来的一种新型潮流控制装置，去除了串并联侧用于功率交换的公用直流电容，使用三次谐波通过输电线路实现串并联侧功率的交换。DPFC 采用分布式串联补偿技术，其串联侧变换器采用多组小容量变换器分散布置，相互之间互为备用，可提高控制器的可靠性，降低成本。虽然从理论上讲，DPFC 明显优于传统潮流控制器，但要实现其工程实际应用，尚有许多问题需要研究并解决。 首先，本文在深入研究 DPFC的拓扑结构之后，得到了其简化后的工作原理框图，阐述了利用三次谐波进行串并联侧功率传递的理论基础。在此基础上，对 DPFC 使用叠加定理，得到了基波及三次谐波稳态电路，详细标明了电路内部的功率平衡关系，并最终确定了DPFC的潮流控制范围。 其次，从 DPFC 并联侧变换器的角度出发，通过建立三相变换器的电流数学模型，设计了双闭环控制器；通过建立功率数学模型，设计了传统直接功率控制器，针对传统控制器需要判断电压矢量所在扇区的问题，本文提出了一种依据电压瞬时值符号的逻辑判断结果来判断电压矢量所在扇区的新方法，从而摒除了传统控制器方法中对于锁相环精度要求过高的缺点。仿真结果表明，传统控制器的控制效果不甚理想，为了改善电能质量，提出了基于电网电压调制的直接功率控制方案，并与传统控制器的控制效果进行了对比验证，结果印证了所提方法的有效性和良好的控制效果。 再次，应用二阶广义积分法构造了虚拟正交量，设计了串联侧变换器矢量控制方案，搭建了仿真模型，仿真结果分别验证了当电路中仅含基波分量、三次谐波分量以及两种分量共存三种情况下串联侧变换器的工作性能，总体控制效果较好。 最后，为了验证串并联侧变换器组成的联合控制系统实际的潮流控制能力，搭建了含 DPFC的配网仿真模型，得到了 DPFC对线路潮流控制能力的仿真结果，验证了所设计控制器的可行性。此外，对 DPFC 从配置地点的选择、现场安装、构件设计、含DPFC 系统须满足的约束条件以及应用场合等方面也进行了初步研讨，为 DPFC的工程应用奠定了基础。

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