传统交流配电网中存在着三相不平衡、电压波动、电压闪变、频率波动和谐波污染等电能质量问题,难以满足电力用户对高电能质量的需求。而基于直流的配电网在输送容量、可控性以及提高供电质量等方面具有比交流更好的性能,可以有效地提高电能质量。因而,直流配网的研究很有现实意义。而直流配网仿真建模技术是研究直流配网的基础,是交直流配网研究中的关键问题之一,本文对其进行了初步研究。由于直流配网的研究处于起步阶段,交流配网在电网中仍将处于主导地位,如何提高现有交流配网的电能质量仍将会是一个长期存在的课题。因此,本文也对交直流配网研究中的另一个关键问题——利用统一电能质量调节器治理配网电能质量问题进行了研究。
本文对直流配网建模仿真技术和交流配网电能质量治理方法进行了研究,具体研究内容如下：
基于直流配网各主要元件的物理和数学模型,在PSCAD仿真软件中建立了单个元件的仿真模型,并通过仿真验证了各元件仿真模型的准确性。在建立直流配网元件仿真模型的基础上,根据某直流配网示范工程制定的直流配网拓扑结构,在PSCAD中搭建了包含分布式能源、储能的多端、多电压等级直流配网系统仿真模型。所建立的直流配网系统仿真模型在设置的运行条件(负荷、光伏、电动汽车充电站、储能出力都发生变化)下,系统能够稳定运行,直流母线各节点的电压都能维持在额定值15kV附近,实现了系统电压稳定和功率平衡。
针对电网中存在的电压跌落、三相不平衡、谐波等电能质量问题,研究了电能质量的综合补偿装置统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner, UPQC),了解了UPQC补偿装置的拓扑结构和原理,包括串联补偿单元和并联补偿单元,研究了其电能质量检测方法以及控制策略,并且针对UPQC的补偿能量,对UPQC进行最优稳态分析,提出了能量优化控制策略。仿真结果表明,所提出的统一电能质量调节器能量优化控制策略可以有效解决电能质量问题,同时可以减小UPQC的补偿能量,从而提高了补偿装置的经济性。
