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静态同步串联补偿器机电暂态及电磁暂态特性研究

赵建军  
【摘要】:我国发电资源和电力负荷的地域分布极不平衡,大容量、远距离输电是我国电网发展的主要特点。提高电网输电能力和安全稳定性是我国电网发展亟待解决的关键技术问题。灵活交流输电技术(FACTS)是我国电网发展急需的、最具发展潜力的技术之一。多年来,以TCSC、SVC和STATCOM等为代表的FACTS技术已在我国应用,但基于可关断电力电子器件的串联型补偿装置在我国研究较少,存在许多空白。静态同步串联补偿器(SSSC)是基于可关断器件的新型串联补偿装置,通过在线路中串联注入电压来控制线路两端的功角差和电压降落,起到调节线路输送功率、提高系统稳定性、阻尼功率振荡及抑制次同步谐振等作用。 本论文工作的目的是全面、系统分析SSSC的主要特性,提出可应用于实际工程系统分析的SSSC机电暂态、电磁暂态模型和算法,并以SSSC示范工程为依托,对SSSC在河南电网的应用进行基础性研究。论文主要研究工作包括:1)在分析总结SSSC技术发展及应用的基础上,对SSSC的稳态、机电暂态和电磁暂态特性进行较为全面的研究;2)在通用的商业化电力系统分析软件包PSASP中开发SSSC潮流计算模型、潮流控制模型、暂态稳定计算模型,在电磁暂态仿真软件包PSCAD/EMTDC中开发SSSC电磁暂态仿真模型,这四个模型的开发为SSSC的基础研究和工业应用研究提供了手段;3)结合实际工程,用华中电网数据进行SSSC在河南电网应用的仿真计算工作,对上述研究成果进行验证,为SSSC在我国的工业应用研究提供范例。 本文进行了以下基础性和创新性研究工作:1)针对潮流计算中SSSC模型与通用系统仿真分析软件的接口问题,提出了附加节点注入电流法,在PSASP的潮流计算模块中建立了SSSC的潮流计算模型。2)针对SSSC抑制低频振荡的问题,通过对含有SSSC单机无穷大系统的理论分析和公式推导,分析了SSSC输出量及内部变量与系统变量的相互作用关系,及其对功率振荡的抑制作用。提出SSSC抑制功率振荡的机理,研究了SSSC提高系统稳定性的控制策略。采用SSSC的基本控制量——注入电压相角和PWM幅值调制系数作为控制变量,提出了变参数非线性控制方法,实现了SSSC的暂态稳定控制回路。3)针对SSSC电磁暂态模型的底层触发问题,提出了直流侧电压恒定的SPWM控制策略与触发策略。利用PSCAD/EMTDC构建了SSSC阀组件模型,提出了阀触发回路、触发控制回路、SSSC系统控制回路及直流电容电压控制回路的结构和计算模型等;4)针对SSSC抑制次同步谐振的机理分析,分析了SSSC附加扭矩与转子质量块扭矩的作用关系,并用复转矩系数法和时域仿真方法加以验证。 SSSC在河南电网应用的技术研究结果表明,SSSC在实际电网中具有快速调节被控线路输送功率、抑制功率振荡、提高断面稳定极限等方面的作用,为SSSC工程应用奠


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