链式STATCOM直流侧电压控制方法的研究

摘要

随着电力系统的飞快发展,大量电力负荷的迅速增加,电网无功功率损耗也随之增加。目前,电网无功功率的补偿容量不足,电能的传输和利用效率降低,谐波污染日趋严重,尤其是冲击性无功负荷的存在,更加重了电网损耗,影响了供电质量。因此,无功对电网电压的影响引起了国内外学者越来越多的关注,谐波抑制和无功功率补偿已经成为电力电子技术和电力系统等领域所面临的一个重大课题。提高电网的安全运行水平和电能质量,除电网结构本身要合理外,还必须要有先进的调节控制手段。因此快速实时的补偿电网中无功的不足,具有重要的意义,静止同步补偿器(STATCOM)是新一代的动态无功补偿装置,它具有诸多优势,如调节迅速、谐波含量低、控制精度高、能够有效抑制电压波动和闪变,成为柔性交流输电系统(FACTS)中的重要成员。本文通过比较现有的无功补偿装置的优缺点,分析静止同步补偿器STATCOM相对于其他无功补偿装置的优越性,最终选其作为研究对象。针对现有已投入生产使用的静止同步无功补偿器STATCOM,列举分析了关于直流侧电容电压的控制结构和控制方法,并进行了比较分析,研究其优缺点。由于风能的随机性和不确定性,风电场场合要求风机具有一定的低电压穿越能力,尤其在发生故障或出现不平衡时,在风电场应用静止无功补偿器STATCOM可以提高风机的低电压穿越能力。因此,本论文针对风电场中电压跌落这一现象进行分析验证。 直流侧控制策略的基础就是装置数学模型的搭建。结合实际工况,本文首先搭建了理想链式STATCOM模型。根据现场运行的物理模型与理想模型的差异,分析得出引起链式STATCOM直流侧电容电压不平衡现象的原因,进一步搭建了接近于物理模型的含损耗的链式STATCOM模型。结合相关文献,总结了有关直流侧电容电压平衡的控制方法。针对风电场,搭建了三级直流稳压控制策略模型,由现场运行相关数据分析了现存控制方法中的缺陷,本文又提出了一种新型控制策略一含附加电路的直流侧电压控制策略,搭建了仿真模型,在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,通过对比新控制策略和现存控制策略,验证了此新的控制思路是有效可行的。 本文的研究成果为链式STATCOM装置的实际应用提出了一种可行性的建议。随着电力电子技术和控制手段的不断发展和完善,链式STATCOM必将具有更为广阔的应用前景。