基于全控器件新型励磁系统

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1、摘要随着电力系统规模的扩大、远距离重负荷输电线路的出现、以及大型发电机普遍使用快速励磁系统，整个互联电力系统的阻尼不断减小，电力系统故障或扰动时容易诱发大范围区域间的功率振荡，给电力系统的稳定运行带来极大的危害。在诸多抑制低频振荡的措施中，励磁控制被公认为是最有效和经济的措施之一。本文结合电力电子技术的发展，提出了基于全控器件整流的新型自并励励磁系统，通过理论分析、数学建模、控制策略到特性仿真对新型励磁系统开展了较为系统的研究工作，并以1000kV晋东南－南阳－荆门特高压交流试验示范工程为背景，对新型励磁系统抑制特高压功率振荡的情况进行了研究。本文对新型励磁系统的原理进行了详细的介绍，提

2、出了电压源型和电流源型换流器两种主回路的拓扑结构，并对其结构及控制策略进行了分析，深入研究了新型励磁系统改善电力系统阻尼特性的机理。本文侧重研究基于VSC的新型励磁系统，根据交流侧无功功率的外特性，将励磁系统无功功率的模型等效为STATCOM。针对等效模型，对单机无穷大系统进行了数学建模，推导状态方程，基于该方程存在两个控制变量，即励磁电压和无功功率，本文选取线性最优控制理论来进行协调控制。基于单机无穷大系统模型，选取性能指标在MATLAB环境中计算控制参数，建立PSASP环境下网络模型，并对新型励磁系统进行潮流建模和暂态建模。分别针对新型励磁系统和常规自并励励磁系统（带PSS），进行单

3、机无穷大系统的仿真计算，其具体仿真实验为：发电机机端参考值电压上升5%、发电机母线三相对地短路和单双回线路切换运行。其仿真结果表明，新型励磁系统的动态性能优于常规自并励励磁系统。选取华中电网2009年丰大方式，研究多机系统中新型励磁系统的动态性能。针对2009年华中电网机组振荡的特点，选取与特高压线路功率振荡强相关的机组，采用新型励磁系统模型，在影响电网安全稳定性较大的500kV线路故障时，对特高压线路功率振荡的情况进行仿真分析，对比常规自并励励磁系统，新型励磁系统能有效抑制互联系统功率振荡。关键词：新型励磁系统，低频振荡，协调控制，电压源型换流器IAbstractWiththedeve

4、lopmentofpowersystem,theappearanceoflong-rangeheavydutytransmissionlines,aswellasthewidespreaduseoffast-responseexcitationsystem,thedampingoftheentireinterconnectedpowersystemcontinuouslydecreases.Anditislikelytoinducelarge-scaleinter-regionalpoweroscillation,whichwillseriouslyaffectthestableoper

5、ationofpowersystem.Amongthesemeasurestodampthelowfrequencyoscillation,theexcitationcontrolisoneofthemosteffectiveandeconomicmeasures.Combinedwiththedevelopmentofpowerelectronicstechnology,thedissertationpresentsanovelselfshuntexcitationsystembasedonfullcontrolleddevicesrectifierandsystematicallys

6、tudiesthenovelexcitationsystem,includingtheissueoftheoreticalanalysis,mathematicalmodeling,controlstrategyandsimulationanalysis.Andbasedon1000kVJindongnan-Nanyang-JingmenUHVACpilotdemonstrationproject,thedissertationstudiesthenovelexcitationsystemdampingthelowfrequencyoscillation.Thedissertationd

7、escribestheprincipleofthenovelexcitationsystemindetail,andpresentsthetopologyofVSCandCSC,andresearchestopologystructureandcontrolstrategy.Moreover,themechanismofthenovelexcitationsystemimprovingthedampingcharacteristic