关键词：
有源配电网
统一潮流控制器
混合型背靠背智能软开关
柔性三次谐波控制
摘要：
配网是连接输电网和用电负荷的纽带,是国民经济和社会发展的基础性公共设施。现有配网的运行优化手段主要包括变压器经济运行、网络重构、并联电容器组等,且主要基于开关操作。但是开关操作的动作成本大、响应时间慢且对电网暂态冲击大。目前,分布式电源在我国中低压配电网的渗透率保持稳步增长的态势。而分布式电源出力因其具有波动性、间隙性和随机性的特点,加剧了配网潮流和电压的波动,更加凸显现有配电网运行优化技术的不足。而对于分布式电源渗透率较高的有源配电网,传统配电网调控管理技术已难以适应其复杂多变的运行工况。电力电子补偿设备包括统一潮流控制器、智能软开关以及静止无功补偿器,可柔性调控配网潮流,提供灵活可控的无功补偿,实现节点电压、配网网损等多目标实时调控。电力电子补偿设备可实时优化管理复杂多变的有源配电网,具有响应速度快、调节性能好、输出电能质量优等特点,是有源配电网重要的一次调控设备。本文深入研究了统一潮流控制器、智能软开关、静止同步无功补偿器的运行和调控机理,提出了一些低成本、高性能、多功能的新型补偿技术。具体研究内容如下:(1)基于UPFC的配网经济运行技术的研究。传统变压经济运行、网络重构技术操作次数有限,影响了配网网损优化能力。UPFC可灵活调控配网馈线间的交换功率,实时优化配网潮流分布。然而UPFC柔性连接的馈线间具有直接的电气联系,影响配网的保护和供电可靠性。本文提出了基于统一潮流控制器的网络柔性重构和变压器柔性经济运行技术,通过UPFC灵活调整变压器和线路的潮流,实现零电流分合闸操作;系统可柔性切换变压器运行方式,实时优化重构配网结构。网络柔性重构和变压器柔性经济运行是基于UPFC的柔性潮流调控与传统机械开关式操作相结合的混合型控制技术;该技术突破了传统网络重构、变压器经济运行方式切换次数的严格限制,深入挖掘了配电网的节电潜力。仿真试验验证了基于UPFC的配网经济运行技术的有效性和可行性。(2)混合型背靠背智能软开关的研究。基于背靠背电力变换器的智能软开关(Soft Open Point,SOP)能柔性、快速、精确调控配网潮流,实现配网电压、网损等多控制目标统一优化管理,同时具备故障隔离和故障恢复功能。为满足配网供电恢复需求,全功率型SOP按照需恢复的最大负荷容量设计,成本高、体积大。本文提出了一种由非全功率背靠背电力变换器与负荷开关并联组成的混合型智能软开关。正常工作模式下,仅由背靠背电力变换器调控系统潮流及电压分布;线路故障模式下,由负荷开关承担供电恢复功能,且故障清除后通过灵活调控背靠背电力变换器实现闭环运行工况下负荷开关的零电流开断,可增加负荷开关使用寿命。最后,通过仿真验证了混合型SOP的供电恢复能力以及零电流开断技术的有效性和可行性。(3)基于柔性三次谐波控制的小电容型链式STATCOM的研究。链式STATCOM各相输出功率含有二倍频波动分量,电容电压含有二次谐波分量;因此,传统链式STATCOM多采用大电容以限制纹波电压大小,避免开关、电容出现过电压现象。本文提出了适用于链式STATCOM的柔性三次谐波控制方法;根据无功大小灵活调控三次谐波注入以及直流电容平均电压的大小,以最小化电容峰值电压;从而在不增加任何辅助设备以及具备额定容性无功功率输出的情形下,最大可降低50%左右的电容容值。并且,柔性三次谐波控制可实时最小化电容峰值电压,减小电容运行电压,降低开关损耗,提高STATCOM的运行效率。文章开展了小电容型链式STATCOM的仿真和实验验证,验证了柔性三次谐波控制策略的有效性和可行性。
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