新型電能質量調節(jié)與故障限流復合系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、電力既是國民經濟的重要支撐，也是人民生活的重要保障。近年來，人們對于電力生產、傳輸、消費等問題認識不斷深入:電網規(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量要求越來越高，但用戶側非線性負載數量增多卻使得電能質量問題加劇惡化;風電、光伏等新能源大量接入深刻改變了傳統(tǒng)配電網結構，使得電網電能質量問題更加復雜，同時，一定程度上助增了故障短路電流。因此，“智能電網”建設成為了能源轉型升級、電能質量問題治理、電網可靠性提升的

2、一種有效途徑。
　　針對傳統(tǒng)串聯型電能質量治理裝置在電網故障下可能存在風險，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基金項目“新型電能質量調節(jié)與故障限流復合系統(tǒng)關鍵技術研究”和南方電網公司重點科技項目“具有電能質量控制功能的配電網新型固態(tài)限流器關鍵技術研究”的資助下，研究了新型電能質量調節(jié)與故障限流復合系統(tǒng)（HPQFC系統(tǒng)）拓撲及其控制方法、HPQFC系統(tǒng)與配電網線路繼電保護配合方法、HPQFC系

3、統(tǒng)提高風電場低電壓穿越能力及其相關工程化應用等問題，形成了較為完善的基礎理論及關鍵技術，為HPQFC系統(tǒng)的推廣應用奠定了基礎，主要創(chuàng)新點如下:
　　(1)提出了新型電能質量調節(jié)與故障限流復合系統(tǒng)拓撲結構。當負載側未發(fā)生短路故障時，HPQFC系統(tǒng)運行在電能質量調節(jié)模式;當負載側發(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)工作原理的基礎上，建立了不同運行功能的數學模型及統(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:并聯側復合控制策略、串聯側復合控制策略、限流支路控制策略，能夠確保不同電網運行狀態(tài)下不同功能模式間的正確切換。分析了HPQFC系統(tǒng)串聯側逆變模塊采用單極性載波調制輸出性能與調制比的關系，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電壓選擇方法。HPQFC系統(tǒng)具有故障限流功能、電能質量調節(jié)功能，能夠有效提高設備利用率，降低電網投資成本，進而提升電網資產利用率。
　　(2)著重分析了HPQFC系統(tǒng)優(yōu)化運

5、行的關鍵技術，能夠確保其在不同功能間可靠切換。深入剖析了HPQFC系統(tǒng)從電能質量調節(jié)模式至故障限流模式、故障限流模式至電能質量調節(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晶閘管觸發(fā)角大小與串聯變壓器變比相配合的故障電流調節(jié)方法，并給出了反并聯晶閘管觸發(fā)角、串聯變壓器變比、濾波電感三者的關系;分析了HPQFC系統(tǒng)在模式切換過程中可能造成直流側電壓泵升問題的特征，提出采用壓敏電阻的直流側電壓泵升抑制技術，確

6、保了HPQFC系統(tǒng)運行的可靠性。
　　(3)提出了HPQFC系統(tǒng)與配電網線路繼電保護配合方法。在分析HPQFC系統(tǒng)與配電網繼電保護關系的基礎上，分別提出了考慮靈敏性校核的HPQFC系統(tǒng)時間調節(jié)方法、考慮選擇性校核的HPQFC系統(tǒng)故障電流調節(jié)方法，實現了HPQFC系統(tǒng)與配電網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)提高風電場低電壓穿越能力的方法?；陲L電場低電壓穿越技術現狀，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)生后的風機運行特征，并基于此理論，提出了HPQFC系統(tǒng)改善風電場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。當電網電壓輕微波動時，采用動態(tài)電壓補償策略;當電網發(fā)生嚴重跌落時，故障期間采用串聯阻抗補償策略抬升并網點電壓，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側電壓跌落。
　　(5)提出了HPQFC系統(tǒng)研制及工程應用基本原則，以南方電網公司某110kV變電站電能質量調節(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計思想。為確保HPQFC系統(tǒng)控制性能及設備長期安全運行，提出了HPQFC系統(tǒng)工程化中應當解決的關鍵技術問題;研制了HPQFC系統(tǒng)工程設備，并詳細介紹了該設備現場安裝進展及其

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