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高压配电网无功串补技术的研究

作　者: 任艳杰
导　师: 朴在林
学　校: 沈阳农业大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 配电网串联补偿固定串补可控串补模式切换阻抗控制
分类号: TM761
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前,高压及超高压串联补偿技术作为比较成熟的措施已经在国内外许多系统中得到了广泛的应用,串联补偿装置安装于输电线路当中可提高电力系统的稳定性,增加输电线路的送电能力；改善系统的电压调整和无功平衡。早在20世纪60年代起串联补偿装置的研制和串补技术的应用就已经开始了,但由于控制策略和制造技术等多种原因而一度中断。目前,在我国,高压长距离配电线路也比较多,利用串联补偿可减小线路电抗,降低线路末端的电压损失和线路的损耗,相当于缩短了线路的电气距离,同时可提高线路的输送能力,保证电力系统的安全稳定运行。因此,对高压配电网串补技术的研究尤其是可控串补控制策略等的研究显得非常重要。本文针对某实际高压配电网存在因线路长、电抗大而造成沿线各负荷点电压水平低、沿线线路损耗大等问题,对其采用串联补偿技术进行改善,纤理论分析与软件仿真,证明了串联补偿技术(包括固定串补和可控串补)应用于配电网改善电压质量的可行性。为提高电能质量,降低线路损耗,保证配电网络的安全稳定运行提出了一个新的思路。此外,论文还对配电网节点性能的“强”“弱”作了评估,并利用TCSC对性能“弱”的节点进行改善,在分析两个问题的同时,从工程实际降低TCSC成本的角度考虑,给出了TCSC固定部分与可控部分容抗的比值关系,并对其补偿效果进行了仿真验证。本文对固定串补、可控串补分别进行了分析,总体的研究工作主要包括以下几个方面：第一系统应用固定串补技术的研究基于辽宁省阜新电网66kV配电系统,建立系统采用固定串联补偿的模型,并分析对比了分别应用串联补偿和并联补偿以及同时应用二者进行补偿的补偿效果。经理论分析与仿真,证明了应用串联补偿技术改善配电线路电压质量的可行性。第二TCSC的工作原理及特性分析与仿真在分析了固定串补的优缺点的基础上,论文又提出了应用可控串联补偿(TCSC)技术,通过对晶闸管导通角的精确快速的控制,实现对等值电抗的灵活、连续、平滑的调节。论文分析了TCSC的稳态特性和暂态特性,得出了TCSC的稳态阻抗模型,分析了TCSC的谐振问题,对TCSC在四个工作模式下的稳态运行特点进行了洋细的仿真分析。第三TCSC模式切换方式的研究由于不同性质阻抗间的跃变会使暂态过程强烈,因此论文对TCSC的模式切换速度以及动态过程的平稳性进行了研究,详细介绍了几种有效的TCSC工作模式切换的方法。第四TCSC阻抗控制方式的研究阻抗控制是TCSC分层控制中承上启下的环节,是整个TCSC装置成功与否的关键。本文在研究TCSC常规PID和模糊PID控制的基础上提出了TCSC模糊神经网络PID控制方式,将模糊神经网络应用到PID控制中,利用模糊理论和神经网络各自特点的互补性,更好地发挥神经网络的学习功能和模糊系统处理模糊或定性知识的能力,在线对PID参数进行调整,以解决参数在线整定难的问题。仿真结果证明了该方法在响应各种阻抗阶跃命令时,与前两种控制方法相比,具有较小的超调和较快的响应速度,以及更好的跟踪性能,可基本实现系统的无差控制。第五配电网应用TCSC改善性能的综合分析采用基于潮流解的可行性而提出的用于放射形配电网各节点的电压波动指标对所研究系统各节点性能的“强”“弱”进行评估,通过综合分析,利用TCSC提高线路末端电压质量的同时,使得“弱”节点的电压波动指标也在理想范围内,同时从工程实际降低TCSC成本的角度考虑,综合前面的分析,最终确定了TCSC固定部分与可控部分的比值关系并进行了仿真验证。有助于配电网的设计和改善。目前,TCSC在配电网中的应用并不多,仿真的过程中,不能符合实际工程中的所有情况,但是仍具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  9-11
Abstract  11-14
第一章绪论  14-26
  1.1 串联补偿的基本概念、功能及意义  14-15
  1.2 串联补偿的工程应用情况  15-17
  1.3 串联补偿的发展和研究现状  17-22
  1.4 本文的研究目的及主要内容  22-24
    1.4.1 课题的背景和意义  22-23
    1.4.2 本文的主要内容  23-24
  1.5 本文的主要工作与章节安排  24-26
第二章高压配电网固定串补的工作原理及仿真分析  26-38
  2.1 引言  26
  2.2 固定串补的工作原理  26-28
  2.3 系统应用固定串补模型的建立  28-30
    2.3.1 串补方案的确定  28-29
    2.3.2 潮流计算过程  29
    2.3.3 系统应用固定串补仿真模型的建立  29-30
  2.4 配电网应用固定串补的效果分析与仿真  30-32
  2.5 并联补偿与串联补偿的对比分析与仿真  32-36
  2.6 本章小结  36-38
第三章 TCSC的结构和工作原理及特性研究  38-58
  3.1 引言  38
  3.2 TCSC的基本结构  38-39
  3.3 TCSC的运行  39-41
    3.3.1 TCSC运行的基本原理  39-40
    3.3.2 TCSC的运行模式  40-41
  3.4 TCSC的稳态特性分析  41-51
    3.4.1 TCSC的稳态基频阻抗特性  41-44
    3.4.2 TCSC的谐振问题分析  44-45
    3.4.3 TCSC的稳态运行仿真  45-51
  3.5 TCSC的暂态特性分析  51-55
  3.6 TCSC的分层控制系统概述  55-56
  3.7 本章小结  56-58
第四章 TCSC工作模式切换方式的研究  58-68
  4.1 引言  58
  4.2 由晶闸管闭锁模式或容性微调模式切换到Bypass模式  58-65
    4.2.1 改变TCSC主电路接线方式实现模式切换  59-64
    4.2.2 强制同向触发法实现模式切换  64-65
  4.3 由容性微调模式切换到Block(闭锁)模式  65-67
  4.4 本章小结  67-68
第五章 TCSC阻抗控制方式的研究  68-88
  5.1 引言  68-69
  5.2 TCSC常规PID阻抗控制方式  69-72
    5.2.1 PID控制概述  69-70
    5.2.2 TCSC常规PID阻抗控制原理  70-71
    5.2.3 仿真模型及结果分析  71-72
  5.3 TCSC模糊PID控制方式  72-81
    5.3.1 TCSC模糊PID阻抗控制器的设计  72-80
    5.3.2 仿真模型及结果分析  80-81
  5.4 TCSC模糊神经网络PID控制方式  81-87
    5.4.1 模糊神经网络PID控制器结构  82-83
    5.4.2 模糊神经网络的构成  83-85
    5.4.3 模糊神经网络的学习算法  85
    5.4.4 仿真模型及结果分析  85-87
  5.5 本章小结  87-88
第六章配电网应用TCSC改善性能的综合分析  88-98
  6.1 引言  88
  6.2 配电系统电压稳定性概念的提出与分析  88-89
    6.2.1 配电系统电压稳定性概念的提出  88-89
    6.2.2 配电系统电压稳定性概念的分析  89
  6.3 配电网节点性能的评估与改善  89-91
  6.4 应用实例及分析  91-94
  6.5 配电网应用TCSC改善性能的综合考虑  94-96
  6.6 本章小结  96-98
第七章结论与展望  98-100
  7.1 总结  98-99
  7.2 展望  99-100
参考文献  100-110
致谢  110-111
攻读博士学位期间发表的学术论文  111

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