新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)與故障限流復(fù)合系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、電力既是國民經(jīng)濟的重要支撐，也是人民生活的重要保障。近年來，人們對于電力生產(chǎn)、傳輸、消費等問題認識不斷深入:電網(wǎng)規(guī)模迅速發(fā)展使得系統(tǒng)短路容量日益提高;含敏感性負載的用戶對電能質(zhì)量要求越來越高，但用戶側(cè)非線性負載數(shù)量增多卻使得電能質(zhì)量問題加劇惡化;風(fēng)電、光伏等新能源大量接入深刻改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使得電網(wǎng)電能質(zhì)量問題更加復(fù)雜，同時，一定程度上助增了故障短路電流。因此，“智能電網(wǎng)”建設(shè)成為了能源轉(zhuǎn)型升級、電能質(zhì)量問題治理、電網(wǎng)可靠性提升的

2、一種有效途徑。
　　針對傳統(tǒng)串聯(lián)型電能質(zhì)量治理裝置在電網(wǎng)故障下可能存在風(fēng)險，及傳統(tǒng)故障限流器功能單一、長期閑置、利用效率低下等問題，本文在國家自然科學(xué)基金項目“新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)與故障限流復(fù)合系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”和南方電網(wǎng)公司重點科技項目“具有電能質(zhì)量控制功能的配電網(wǎng)新型固態(tài)限流器關(guān)鍵技術(shù)研究”的資助下，研究了新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)與故障限流復(fù)合系統(tǒng)（HPQFC系統(tǒng)）拓撲及其控制方法、HPQFC系統(tǒng)與配電網(wǎng)線路繼電保護配合方法、HPQFC系

3、統(tǒng)提高風(fēng)電場低電壓穿越能力及其相關(guān)工程化應(yīng)用等問題，形成了較為完善的基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)，為HPQFC系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，主要創(chuàng)新點如下:
　　(1)提出了新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)與故障限流復(fù)合系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)。當負載側(cè)未發(fā)生短路故障時，HPQFC系統(tǒng)運行在電能質(zhì)量調(diào)節(jié)模式;當負載側(cè)發(fā)生短路故障時，HPQFC系統(tǒng)運行在故障限流模式。在分析HPQFC系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，建立了不同運行功能的數(shù)學(xué)模型及統(tǒng)一電氣模型;提出了一種適用于HPQFC

4、系統(tǒng)的綜合控制方法，包括:并聯(lián)側(cè)復(fù)合控制策略、串聯(lián)側(cè)復(fù)合控制策略、限流支路控制策略，能夠確保不同電網(wǎng)運行狀態(tài)下不同功能模式間的正確切換。分析了HPQFC系統(tǒng)串聯(lián)側(cè)逆變模塊采用單極性載波調(diào)制輸出性能與調(diào)制比的關(guān)系，提出了在特定補償深度下逆變模塊輸出期望電平的直流側(cè)電壓選擇方法。HPQFC系統(tǒng)具有故障限流功能、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能，能夠有效提高設(shè)備利用率，降低電網(wǎng)投資成本，進而提升電網(wǎng)資產(chǎn)利用率。
　　(2)著重分析了HPQFC系統(tǒng)優(yōu)化運

5、行的關(guān)鍵技術(shù)，能夠確保其在不同功能間可靠切換。深入剖析了HPQFC系統(tǒng)從電能質(zhì)量調(diào)節(jié)模式至故障限流模式、故障限流模式至電能質(zhì)量調(diào)節(jié)模式的暫態(tài)切換過程，并給出了不同模式間的切換影響;提出了一種通過改變反并聯(lián)晶閘管觸發(fā)角大小與串聯(lián)變壓器變比相配合的故障電流調(diào)節(jié)方法，并給出了反并聯(lián)晶閘管觸發(fā)角、串聯(lián)變壓器變比、濾波電感三者的關(guān)系;分析了HPQFC系統(tǒng)在模式切換過程中可能造成直流側(cè)電壓泵升問題的特征，提出采用壓敏電阻的直流側(cè)電壓泵升抑制技術(shù)，確

6、保了HPQFC系統(tǒng)運行的可靠性。
　　(3)提出了HPQFC系統(tǒng)與配電網(wǎng)線路繼電保護配合方法。在分析HPQFC系統(tǒng)與配電網(wǎng)繼電保護關(guān)系的基礎(chǔ)上，分別提出了考慮靈敏性校核的HPQFC系統(tǒng)時間調(diào)節(jié)方法、考慮選擇性校核的HPQFC系統(tǒng)故障電流調(diào)節(jié)方法，實現(xiàn)了HPQFC系統(tǒng)與配電網(wǎng)線路電流保護的正確配合;采用動作時序分析法，分別提出了瞬時短路故障下的HPQFC系統(tǒng)運行策略、永久性短路故障下的HPQFC系統(tǒng)運行策略，確保了HPQFC系統(tǒng)與線

7、路重合閘保護正確配合。
　　(4)提出了HPQFC系統(tǒng)提高風(fēng)電場低電壓穿越能力的方法?；陲L(fēng)電場低電壓穿越技術(shù)現(xiàn)狀，以鼠籠型異步發(fā)電機為例，深入分析了故障發(fā)生期間、故障發(fā)生后的風(fēng)機運行特征，并基于此理論，提出了HPQFC系統(tǒng)改善風(fēng)電場LVRT能力的綜合控制方法:動態(tài)電壓補償策略、多功能補償策略。當電網(wǎng)電壓輕微波動時，采用動態(tài)電壓補償策略;當電網(wǎng)發(fā)生嚴重跌落時，故障期間采用串聯(lián)阻抗補償策略抬升并網(wǎng)點電壓，故障后采用動態(tài)電壓補償策略抑

8、制電壓波動;提出了適用于風(fēng)電場低電壓穿越的HPQFC系統(tǒng)多模式切換流程，能夠有效處理不同程度的電網(wǎng)側(cè)電壓跌落。
　　(5)提出了HPQFC系統(tǒng)研制及工程應(yīng)用基本原則，以南方電網(wǎng)公司某110kV變電站電能質(zhì)量調(diào)節(jié)與故障限流綜合控制工程為背景，提出了一套完整的方案設(shè)計思想。為確保HPQFC系統(tǒng)控制性能及設(shè)備長期安全運行，提出了HPQFC系統(tǒng)工程化中應(yīng)當解決的關(guān)鍵技術(shù)問題;研制了HPQFC系統(tǒng)工程設(shè)備，并詳細介紹了該設(shè)備現(xiàn)場安裝進展及其

9、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能、故障限流功能驗證的試驗方案。
　　本文依據(jù)“智能電網(wǎng)”建設(shè)對具有電能質(zhì)量調(diào)節(jié)、故障限流的多功能設(shè)備需求事實，提出了一種新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)與故障限流復(fù)合系統(tǒng)，并對其控制策略、工程化應(yīng)用等問題開展了深入研究。HPQFC系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)串聯(lián)型電能質(zhì)量治理設(shè)備在短路故障下無法實現(xiàn)自身保護，傳統(tǒng)故障限流設(shè)備功能單一、利用效率低等問題，實現(xiàn)了電網(wǎng)企業(yè)投資單一設(shè)備便能達到電能質(zhì)量治理與故障限流的目的。本文提出的HPQFC系統(tǒng)研究方