论文总字数：20371字

摘 要

本文提出一种基于门极可关断晶闸管（GTO）的电压源逆变器，实现同步电压源串联补偿的方法。这种补偿器称为静止同步串联补偿器（SSSC），可以在相同的电容和电感范围内提供能够控制的补偿电压，而与线路电流的大小无关。它不受经典网络共振的影响，只要有外接直流电源，即使在串联补偿度很高的情况下，对阻抗的补偿也可以保持较高的X/R比，无功补偿和有功补偿的并发和协调调制可以大大的提高系统性能，增加功率振荡阻尼。与传统的串联补偿相比，静止同步串联补偿器反应灵敏、可不间断调节、运行范围广、产生谐波小等优势，所以静止同步串联补偿器在国内外倍受青睐。

本文讨论了静止同步串联补偿器的POD控制策略，首先分析了SSSC的基本原理以及其发展现状，详细讲解了关于SSSC主电路的数学模型，SSSC其本质是一种带有补偿性能的设备，在此基础上介绍了恒电压和恒阻抗两种补偿模式，设计了一种功率振荡阻尼器来对SSSC设备进行控制，其主要是超前滞后结构来调制SSSC的注入电压，通过这种模式来实现对SSSC的控制。在MATLAB/SIMULIK的仿真模块搭建了控制器控制SSSC的仿真模型，最后通过模型的输出波形进行分析得出结论。

关键词：静止同步串联补偿器（SSSC）；功率振荡阻尼器（POD）；控制策略

Abstract

In this paper, a voltage source inverter based on gate gate - capable thyristor (GTO) is proposed to realize synchronous voltage source series compensation. This compensator, known as a static synchronous series compensator (SSSC), provides a controllable compensation voltage over the same capacitance and inductance range, regardless of the size of the line current. It is not affected by classical network resonance. In addition to the series reactive power compensation, there is an external dc power supply. Even if the series compensation degree is very high, the impedance compensation can maintain a high X/R ratio. The concurrent and coordinated modulation of reactive power compensation and active power compensation can greatly improve the system performance and increase the power oscillation damping. Compared with the traditional series compensation, the static synchronous series compensator has the advantages of sensitive response, uninterrupted adjustment, wide operating range and small harmonic generation.

This paper discusses the static synchronous series compensator POD control strategy, first of all, analyses the basic principle of SSSC and its development present situation, introduced the main circuit of SSSC several topological structure of static synchronous series compensator is a kind of compensation device, so its constant voltage compensation mode and constant impedance compensation model two kinds of compensation mode, and then introduces the SSSC control strategy based on power oscillation damping device, its main is to lead lag structure modulation of SSSC injection voltage, through this model to realize the control of SSSC. At last, the control model is built in MATLAB/SIMULIK, and the control strategy is simulated.

Keywords：Static synchronous series compensator (SSSC)、 power oscillation damper (POD)、

control strategy.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2选题背景与意义 1

1.3SSSC的发展现状 2

1.4 本文的主要工作 2

第二章 SSSC的基本原理 3

2.1 SSSC的工作原理 3

2.2 SSSC的模型 3

2.2.1 SSSC的静态模型 3

2.2.2 SSSC的动态模型 4

2.3SSSC的一些基本特征 4

2.3.1有功功率交换能力 4

2.3.2免疫共振能力 5

2.4本章小结 6

第三章 SSSC的数学模型与补偿模式 7

3.1SSSC的数学模型 7

3.1.1交流侧的电路方程 7

3.1.2直流侧的方程 8

3.1.3 SSSC的数学模型 9

3.2 SSSC的补偿模式 9

3.2.1 SSSC的恒电压补偿模式 9

3.2.2 SSSC的恒阻抗补偿模式 9

3.3本章小结 10

第四章 SSSC的控制策略及其仿真 11

4.1 SSSC的控制 11

4.1.1 SSSC的内部控制 11

4.1.2 SSSC的外部控制 11

4.2 SSSC的控制策略 12

4.2.1 SSSC的PI、PID控制 12

4.2.2基于POD控制器的SSSC控制策略 13

4.3仿真模型的建立与仿真分析 14

4.3.1仿真模型的建立 14

4.3.2仿真结果的分析 14

4.4本章小结 17

结 论 18

致 谢 19

参考文献 20

第一章 绪论

1.1 引言

随着经济社会日益增长的发展趋势，人们对电的需求量以及电能的质量也更为在意。这就需要加强输电网络的输电能力，为此输电网络的框架就会变得更为复杂，输送电能的任务更加繁重，开设新的线路的难度再次上升，特别是搭建高压线路，需要有良好的周围环境，日益严格的环保要求，线路搭建成本特别是走廊的使用权的消费是越来越昂贵。同时网络中电力功率潮流的变化会受负荷的影响，加上系统中电力负荷的可控性不佳，它可能会导致过多的功率损耗或危及安全运行而被迫减少传送功率，而且现在有许多大型工业的投入运行会使非线性负荷被注入到系统里，这些非线性负荷会使电网电压不对称、电压下滑，以及产生谐波等影响电能质量的问题，降低了电力网络输电能力的可靠性。因此为了电力系统的安全可靠，有的时候不得降低线路功率来运行，由此造成现有的输电线路的负担增加，输电能力无法满足用电要求问题更加突出。我们都知道，电网的传输能力受到静稳定性、动态稳定性、暂态稳定性、电压稳定性和热稳定性的限制。如此多的因素能对电网输电能力产生影响，因此提高传输能力的技术措施的需求显得极为迫切，不仅希望通过这些措施能提高电网的传输能力，并且希望通过这些措施能保持系统的稳定性和优化运行能力^[1]。

长期以来，虽然微电子、计算机和电力电子技术在电力系统调度、控制和保护被频繁使用，但当控制信号被发送到执行设备时，它主要通过机械操作来完成的。采用传统机械开关在对电力系统的安全可靠的运行上有一定程度的积极作用，但其局限性也是显而易见的，一是反应速度迟缓，受其机械物理性质的限制。由于其反映速度的影响，机械开关只能在静态稳定情况下的系统进行工作，对动态稳定情况的控制能力不足。对此需要电网留有较大的稳定储备，由此就会导致对线路输电能力的浪费。再者，机械开关的使用寿命有限，不能在一定时间内多次使用，从而不能满足快速控制的目的。而随着各行业的发展，对电力方面的安全、可靠、稳定、灵活、高效等要求也越来越高，因此电力行业急需开发新的控制手段以满足需求。电力电子设备的FACTS控制器具有以速度快的方式控制网络状况的能力，并且可以利用FACTS的这一独特功能来提高电力系统的稳定性。为了增加传输线的功率传输能力，最近几年引入了一种名为“柔性交流输电系统”的新方法，这项新技术具有先进的基于电力电子的控制器。输电线路的目的是满足公用事业的要求，同时保持电力系统的安全性和可靠性。基于电力电子技术的FACTS控制器可高速消除振荡，从而增强系统的稳定性。FACTS装置的优点是产生了一系列基于电力电子设备的新设备，用于控制和改善系统的动态性能。 作为先驱者的Hingorani 提出了FACTS，旨在将基于晶闸管的控制技术运用到交流系统中。FACTS技术是一种基于现代电力电子技术的应用，用于输电线路的重要位置，以控制和调节传输线关键参数，以提高潮流能力。

1.2选题背景与意义

我国电网经过多年的拓展和积累，电网的规模已经比较庞大。电力行业的发展遇到了新的瓶颈。需要攻克的一些技术难题包括电网的远距离输电安全稳定性、交流与直流的混合传输、在一些特定空间的低频振荡，特高压电网输电技术。面对如此庞大而复杂的电网系统，掌握具有自主知识产权的电力系统相关科技已成为我们的一项艰巨而重要的任。

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