靜止同步補(bǔ)償器的研究與仿真

1、目 錄摘要1前言21 STATCOM的研究意義及現(xiàn)狀21.1研究目的和意義21.2無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉鞍l(fā)展51.3國內(nèi)外對于STATCOM的研究現(xiàn)狀81.4 STATCOM主要優(yōu)點(diǎn)82 STATCOM的原理102.1 STATCOM的基本原理102.2 STATCOM的工作特性122.3 STATCOM的拓?fù)溥x型133 STATCOM控制系統(tǒng)的控制策略研究154 STATCOM系統(tǒng)仿真204.1 MATLAB/Simulink仿真技術(shù)概述204.2 STATCOM仿真模型建立224.3 仿真結(jié)果分析245 結(jié)論與展望30致謝31參考文獻(xiàn)32靜止同步補(bǔ)償器的研究與仿真學(xué)生：李浪指導(dǎo)老師：袁勇（三峽大

2、學(xué) 電氣信息學(xué)院）摘要 ：靜止無功功率補(bǔ)償技術(shù)是以現(xiàn)代電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)采用晶閘管投切方式, 吸收和發(fā)出無功電流與系統(tǒng)進(jìn)行無功功率交換的一種技術(shù), 它具有響應(yīng)速度快, 穩(wěn)定系統(tǒng)電壓, 系統(tǒng)振蕩的作用。 本文主要介紹了STATCOM控制系統(tǒng)的組成與原理，論述了STATCOM控制策略，建立了基于MATLAB/Simulink環(huán)境下的STATCOM系統(tǒng)仿真模型，對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果表明論文選定的STATCOM方案正確，具有良好的無功性能。關(guān)鍵詞: STATCOM;MATLAB仿真Abstract：Static reactive power compensation based on moder

3、n power electronic technology-based approach using thyristor switched, absorption and reactive current issue with the system reactive power exchange, it has a fast response, stability, system voltage, the system oscillation Effect. This paper ia around STATCOM control system in composition as well a

4、s theory, Based on MATLAB / Simulink environment, STATCOM simulation model of the system results show that the STATCOM program of selected papers is correct, has a good dynamic performance of reactive power.Key words: STATCOM, MATLAB前言近年來, 隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 電力行業(yè)也得到快速發(fā)展,特別是大范圍的高壓輸電網(wǎng)絡(luò)逐漸形成, 負(fù)荷的快速增長對無功的需求大幅上升。

5、無功功率并不是無用功率, 而是在電能傳輸和轉(zhuǎn)換過程中建立電磁場和提供電網(wǎng)穩(wěn)定不可缺少的功率之一, 無功經(jīng)不同的電磁耦合反映不同的電壓等級, 同一等級電壓的電網(wǎng)中, 電壓經(jīng)高低直接反映本級的無功平衡, 是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。無功功率的傳輸不但會產(chǎn)生很大的有功損耗, 而且沿傳輸途徑還會產(chǎn)生很大的電壓降落, 并使電網(wǎng)的視在功率增加, 這將對系統(tǒng)產(chǎn)生以下一系列的負(fù)面影響。我國電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行中長期存在的一個問題是無功補(bǔ)償容量不足和配備不合理，特別是可調(diào)節(jié)的無功容量不足，快速響應(yīng)的無功調(diào)節(jié)設(shè)備更少。近年來，隨著大功率非線性負(fù)荷的不斷增加，電網(wǎng)的無功沖擊和諧波污染呈不斷上升的趨勢，無功調(diào)節(jié)手段的缺乏使

6、得母線電壓隨運(yùn)行方式的變化很大，導(dǎo)致電網(wǎng)(特別是配電系統(tǒng))的線損增加、電壓合格率降低。此外，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題也愈加重要。電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性與快速無功功率調(diào)節(jié)器的性能有關(guān)；電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性與無功功率的有效提供有關(guān)。動態(tài)無功補(bǔ)償是一種提高電壓穩(wěn)定性的經(jīng)濟(jì)、有效的措施，是促進(jìn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定和戰(zhàn)略防御的客觀需求。因此動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)己成為電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨的一個重大課題，正在受到越來越多的關(guān)注。1 STATCOM的研究意義及現(xiàn)狀1.1 研究目的和意義電力系統(tǒng)中的無功消耗主要來自兩個方面，一是輸電系統(tǒng)自身吸收的無功，另一方面是負(fù)荷消耗的無功。輸電設(shè)備在輸送電能時要吸收一定的

7、無功功率，在高壓輸電網(wǎng)絡(luò)中，為了提高線路的輸送容量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性一般會對這部分無功進(jìn)行補(bǔ)償，如對輸電線路進(jìn)行串聯(lián)補(bǔ)償以及在一些重要的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行并聯(lián)補(bǔ)償?shù)?。?fù)荷吸收的無功功率主要是指感性負(fù)載和大量的非線性負(fù)荷消耗的無功，如工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中經(jīng)常使用的異步電機(jī)、日光燈，以及各種變流裝置、工業(yè)電弧爐等，這些負(fù)載當(dāng)中有些容量非常大，在啟動和正常工作時都要吸收大量的無功功率，常常會引起電網(wǎng)電壓的波動。無功功率對公用電網(wǎng)的影響主要有以下幾個方面：(1)增加設(shè)備容量。無功功率的增加，會導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加。同時，電力用戶的起動及控制設(shè)備、測量儀表的

8、體積和成本也要增加。(2)設(shè)備及線路損耗增加。無功功率的增加，使總電流增大，因而使設(shè)備及線路的損耗增加，從而降低了電氣設(shè)備的運(yùn)行效率。設(shè)線路總電流為I=Ip+Iq,線路電阻為，則線路損耗為，其中這一部分損耗就是由無功功率引起的。(3)使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負(fù)荷，還會使電壓產(chǎn)生劇烈波動，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。(4)由諧波源造成的無功影響同樣會帶來一系列問題，如諧波損耗，影響設(shè)備正常工作，造成振動、熱、噪聲，自動裝置誤動作，對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾等。另外隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，供電系統(tǒng)中增加了大量的非線性負(fù)載，特別是靜止變流器，從低壓小容量家用電器到高壓大容量用的工業(yè)交

9、直流變換裝置，由于靜止變流器是以開關(guān)方式工作的，會引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，引起電網(wǎng)的諧波“污染”。沖擊性、波動性負(fù)荷，如電弧爐、大型軋鋼機(jī)、電力機(jī)車等運(yùn)行中不僅會產(chǎn)生大量的高次諧波，而且使得電壓波動、閃變、三相不平衡日趨嚴(yán)重，這些對電網(wǎng)的不利影響不僅會導(dǎo)致供用電設(shè)備本身的安全性降低，而且會嚴(yán)重削弱和干擾電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，造成對電網(wǎng)的“公害”，為此，國家技術(shù)監(jiān)督局相繼頒布了涉及電能質(zhì)量五個方面的國家標(biāo)準(zhǔn)，即：供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動和閃變，供電三相電壓不允許平衡度，公用電網(wǎng)諧波，供電頻率允許偏差。1.3無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉鞍l(fā)展無功功率對供電系統(tǒng)和負(fù)載的運(yùn)行都十分重要，電力系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)

10、元件和負(fù)載所需要的無功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個地方獲得。顯然，這些無功功率如果都要發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法應(yīng)當(dāng)是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率來補(bǔ)償無功功率的損耗。無功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c(diǎn)：(1)提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗。(2)穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。在長距離輸電線中合適的地點(diǎn)設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。(3)在一些三相負(fù)載不平衡的情況下，通過適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償可以平衡三相的有功功率及無功負(fù)荷。無功補(bǔ)償應(yīng)包含對基波無功功率的補(bǔ)償和對諧波無功功率的補(bǔ)償，由于無功補(bǔ)償具有上

11、述重要的作用，因此對于無功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行研究具有相當(dāng)重要的實(shí)際意義。 早期的無功補(bǔ)償設(shè)備有并聯(lián)電容器、調(diào)相機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等，由于并聯(lián)電容器阻抗固定，不能動態(tài)的跟蹤荷無功功率的變化，而調(diào)相機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等補(bǔ)償設(shè)備又屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，其損耗、噪聲都很大，而且還不適用于太大或太小的無功補(bǔ)償，所以這些設(shè)備己經(jīng)越來越不適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。 柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC Transmission System)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用而產(chǎn)生的。目前基于FACTS技術(shù)且應(yīng)用于無功補(bǔ)償最為廣泛的是靜止無功補(bǔ)償器(SVC)。 SVC常用的有以下幾種形式:固定電容加晶閘管控制電

12、抗器型(FC+TCR)、晶閘管開關(guān)電容器型(TSC)、飽和電抗器型(SR)以及混合型(TCR + TSC) o FC+TCR型補(bǔ)償器由TCR和若干組不可控電容器并聯(lián)而成。通過控制與電抗器串聯(lián)的雙向晶閘管的導(dǎo)通角，既可以向系統(tǒng)輸送感性無功電流，又可以向系統(tǒng)輸送容性無功電流。 TSC型補(bǔ)償器由一組并聯(lián)的電容器組成，每一臺電容器都與雙向晶閘管串聯(lián)。這里的晶閘管僅起開關(guān)的作用，以替代常規(guī)電容器所配置的機(jī)械式開關(guān)。在運(yùn)行時，根據(jù)所需補(bǔ)償電流的大小，決定投入電容的組數(shù)。 SR型補(bǔ)償器中，由飽和電抗器和串聯(lián)電容器組成的回路具有穩(wěn)壓的特性，能維持連接母線的電壓水平(其中的串聯(lián)電容器是用來校正飽和電抗器伏安特性

13、的斜率)，對沖擊性負(fù)荷引起的電壓波動具有補(bǔ)償作用。與其并聯(lián)的濾波電路能吸收諧波并校正功率因數(shù)。 所有形式的SVC都屬于并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償原理都是通過控制晶閘管的觸發(fā)角，改變接入電網(wǎng)中的等效電納，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出無功的目的。但這些SVC設(shè)備之所以能產(chǎn)生感性無功功率，依靠的仍然是其中的電容器。這就導(dǎo)致SVC與靜電電容器有著同樣不可逾越的障礙，即當(dāng)電壓水平過于低下，急需無功補(bǔ)償時，補(bǔ)償器的輸出反而會減少。隨著全控型電力電子器件GTO, IGBT的發(fā)展，一種新型的無功補(bǔ)償裝置靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator, SVG)發(fā)展起來，它也稱為高級靜止無功發(fā)生器( Advanced

14、 Static Var Generator，ASVG)或靜止無功調(diào)相(Static Synchronous Compensator, STATCOM)。它作為FACTS家族的重要成員得到了廣泛的研究與應(yīng)用。之所以如此，主要是為了解決大的、沖擊性負(fù)荷如電弧爐、軋鋼機(jī)等所帶來的大的無功潮流以及電壓波動等問題，以便快速、連續(xù)、大容量地向系統(tǒng)提供無功功率,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。所謂STATCOM(或SVG)在本文中專指由自換相電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。采用電力半導(dǎo)體變流器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償思想早在上世紀(jì)70年代就已有人提出。1972年日本就發(fā)表了用強(qiáng)迫換相的晶閘管橋式電路作為調(diào)相裝置的

15、研究論文。1976年，美國學(xué)者L. Gyugyi在其論文提出用電力半導(dǎo)體變流器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)母鞣N方案。它的原理和控制方法與SVC有很大不同。它是將自換相橋式電路通過電阻和電抗器(包括變壓器的漏抗與電路中其他電抗)，或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，根據(jù)輸入系統(tǒng)的無功功率和有功功率的指令，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足系統(tǒng)所要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?.4無功補(bǔ)償各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)電力系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償裝置，從傳統(tǒng)的帶旋轉(zhuǎn)機(jī)械方式，到FACTS的應(yīng)用，經(jīng)歷了一個世紀(jì)的發(fā)展?，F(xiàn)將各種無功補(bǔ)償方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的對比：（1） 并聯(lián)

16、電容器 優(yōu)點(diǎn)：價格便宜，運(yùn)行簡單，安裝運(yùn)行和維護(hù)都很方便。缺點(diǎn)：它只能補(bǔ)償感性無功，且不能連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時，電容器上的補(bǔ)償電流相應(yīng)下降，使得補(bǔ)償?shù)臒o功量極具下降，系統(tǒng)電壓下降更大。（2） 同步調(diào)相機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：在過勵磁或欠勵磁的不同情況下可分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。缺點(diǎn)：由于其為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，因而損耗和噪聲都較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜大容量技術(shù)高，相應(yīng)速度慢，在很多情況下，已無法適應(yīng)快速無功功率控制要求。（3） 飽和電抗器 優(yōu)點(diǎn)：與同步調(diào)相機(jī)相比，它具有靜止型的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：由于其鐵芯需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲都較大，存在一些非線性電路的特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)荷

17、的不平衡。（4） 靜止無功補(bǔ)償裝置 優(yōu)點(diǎn)：用電力電子器件中的晶閘管替代常規(guī)電容器所配置的機(jī)械式開關(guān)，解開了電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的新篇章，而且它應(yīng)用廣泛，價格適中。缺點(diǎn)：在調(diào)節(jié)無功功率是不可避免的會產(chǎn)生大量諧波需要將固定電容器電感串聯(lián)構(gòu)成諧波濾波器來濾除諧波。而且它還具有調(diào)節(jié)不連續(xù)和響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，它最致命的缺點(diǎn)是SVC設(shè)備之所以能產(chǎn)生感性無功，依靠的仍然是其中的電容器，這就導(dǎo)致SVC與靜電電容器一樣有著不可逾越的障礙，即當(dāng)電壓水平過于低下，急需無功補(bǔ)償時，補(bǔ)償器的輸出反而會減少。 (5) 靜止同步補(bǔ)償器 優(yōu)點(diǎn):在提供系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，STATCOM的性能大大優(yōu)于傳

18、統(tǒng)的同步調(diào)相機(jī)。它控制靈活調(diào)節(jié)范圍廣，其在感性和容性運(yùn)行工作情況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)，STATCOM裝置采用直流電容器代替交流電容器，不僅可調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率，還可調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率。同時使STATCOM裝置的體積減小，損耗降低。它連接電抗小，STATCOM接入電網(wǎng)的連接電抗，其作用是濾除電流中存在的較高次諧波，另外還起到將變流器和電網(wǎng)這兩個交流電壓源連接起來的作用，因此所需的電感量遠(yuǎn)小于補(bǔ)償容量相同的SVC。對系統(tǒng)電壓進(jìn)行瞬時補(bǔ)償，即使系統(tǒng)電壓降低，其仍可維持最大無功電流。諧波量小。SVC本身產(chǎn)生一定量的諧波，而在STATCOM中，則完全可采用橋式交流電路的多重化技術(shù)、多電平技術(shù)，以消除次數(shù)較

19、低的諧波。SVC裝置是電抗型的，接入電力系統(tǒng)之后有可能改變原電力系統(tǒng)的阻抗特性，而導(dǎo)致出現(xiàn)諧振。而STATCOM裝置為電壓源逆變裝置，不會產(chǎn)生諧振。STATCOM的端電壓，對外部系統(tǒng)的運(yùn)行條件和結(jié)構(gòu)變化不敏感，即輸出穩(wěn)定的系統(tǒng)電壓。缺點(diǎn)：初始投資和運(yùn)行費(fèi)用都比較高，技術(shù)要求高，控制起來比較復(fù)雜，容量太大及由此引發(fā)的系統(tǒng)復(fù)雜問題較多?？梢钥闯鯯TATCOM作為一種新型的無功調(diào)節(jié)裝置，擁有如此多的優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，也成為國內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重點(diǎn)研究課題之一。1.5國內(nèi)外對于STATCOM的研究現(xiàn)狀在國外，STATCOM的研制一開始就受到日本、美國、德國政府和單位的重視，紛紛

20、研制出大容量的STATCOM。表 1.2 國內(nèi)外STATCOM研究現(xiàn)狀研制者投入地點(diǎn)容量/MVAR運(yùn)行時間1三菱電機(jī)、關(guān)西電力日本201980年2三菱電機(jī)、關(guān)西電力日本801991年3東芝、日立、東京電力日本5021992年4西屋公司、EPRI、田納西電力美國1001996年5西門子丹麥81997年6西屋、EPRI、美國電力美國1601997年7清華、河南省電力公司中國201999年8ALSCOM、NGC英國751999年9三菱美國133/-412001年10三菱、圣迭戈天然氣和電力公司美國1002002年11KEPRI、KEPOC韓國802003年12ALSTOM、美國東北電力美國15020

21、03年13ABB、奧斯汀能源美國1002004年14清華、許繼、上海電力公司中國502006年隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，出現(xiàn)了大功率門極可關(guān)斷晶閘管GTO (Gate Turn-Off Thyristor)等全控型器件，并逐漸成為STATCOM的自換相橋式電路中的主力，使得采用電子開關(guān)逆變器的STATCOM得到發(fā)展并進(jìn)入實(shí)用階段。靜止無功發(fā)生器在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同步調(diào)相機(jī)及SVC的性能，且元件簡單，體積小，控制靈活，調(diào)節(jié)范圍廣，在感性和容性運(yùn)行工況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié).因此，STATCOM己成為靜止無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向，是今后柔性交流輸電系統(tǒng)FACT

22、S的一個重要裝置。靜止無功發(fā)生器在日本、美國、歐洲等少數(shù)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)己經(jīng)得到了應(yīng)用。1980年1月，日本關(guān)西電力公司與三菱電機(jī)公司共同研制并投入運(yùn)行了世界上首臺STATCOM樣機(jī)，它采用了晶閘管強(qiáng)迫換相橋式電路的電壓型逆變器，容量為20Mvar。1986年10月，由美國國家電力研究院和西屋公司研制成1 Mvar的世界上首臺采用大功率 GTO作為逆變器元件的STATCOM實(shí)驗(yàn)裝置，并成功進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。美國國家電力研究院與田納西電力局(TennesseeValley Authority，縮寫為TVA)、西屋電氣公司合作，在TVA電力系統(tǒng)的Sullivan 500kv變電站建造了100Mvar的

23、STATCOM裝置，于1996年10月投運(yùn)。1993年3月東京電力分別與東芝公司和日立公司開發(fā)的2臺50Mvar的STATCOM裝置在東京所屬新信濃變電所投入使用。以上是有關(guān)STATCOM的實(shí)際裝置用于改善電網(wǎng)性能的介紹。另外用STATCOM來補(bǔ)償工業(yè)負(fù)荷的研究也時有報道，使用的大都是GTO晶閘管和IGBT這樣的全控性器件。在我國這一領(lǐng)域的研究剛剛起步，華北電力大學(xué)曾研制出強(qiáng)迫換相的可控硅元件無功發(fā)生器實(shí)驗(yàn)裝置，東北電力大學(xué)研制了GTO器件的STATCOM實(shí)驗(yàn)裝置。1994年研制大容量STATCOM被列為電力部重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目。目前，清華大學(xué)研制50Mvar靜止無功發(fā)生器，利用H橋級聯(lián)式逆變器

24、在無功補(bǔ)償領(lǐng)域中的應(yīng)用，使容量達(dá)到了兆乏的等級。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)自1980年至2004年底，全世界已投入工業(yè)運(yùn)行的大容量(10Mvar及以上)STATCOM工程超過20項(xiàng)，總的可控容量超過3000Mvar。它們有的安裝在輸電網(wǎng)絡(luò)中，用于潮流控制、無功補(bǔ)償和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等，有的安裝在配電網(wǎng)絡(luò)，用于改善電能質(zhì)量和提高供電可靠性。1.6 STATCOM主要優(yōu)點(diǎn)靜止無功發(fā)生器作為現(xiàn)代柔性交流輸電系統(tǒng)(Fexible Ac Transmission systemFAcTS)的核心組成部分，它與常規(guī)的無功補(bǔ)償裝置相比，具有以下幾大優(yōu)點(diǎn):(l)在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，STATCOM的性能大

25、大優(yōu)于傳統(tǒng)裝置;(2)采用數(shù)字控制技術(shù)，系統(tǒng)可靠性高，基本不需要維護(hù)，可以節(jié)省大量維護(hù)費(fèi)用。同時，可通過電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無功潮流和電壓最優(yōu)控制，是建設(shè)中的數(shù)字電力系統(tǒng)(DPS)的組成部分;(3)控制靈活、調(diào)節(jié)范圍廣，在感性和容性運(yùn)行工況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度可達(dá)毫秒級;(4)靜止運(yùn)行，安全穩(wěn)定，沒有調(diào)相機(jī)那樣的大型轉(zhuǎn)動設(shè)備，無磨損，無機(jī)械噪聲，將大大提高裝置壽命，改善環(huán)境影響;(5)對電容器的容量要求不高，這樣可以省去常規(guī)裝置中的大電感和大電容及龐大的切換機(jī)構(gòu)，使STATCOM裝置的體積小、損耗低;(6)連接電抗小。STATCOM接入電網(wǎng)的連接電抗，其作用是濾除電流中存在的較高次諧

26、波，另外起到將變流器和電網(wǎng)這兩個交流電壓源連接起來的作用，因此所需的電感量并不大，也遠(yuǎn)小于補(bǔ)償容量相同的TCR等SVC裝置所需的電感量，如果使用降壓變壓器將STATCOM連入電網(wǎng)，則還可以利用降壓變壓器的漏抗，使所需的連接電抗器進(jìn)一步減小;(7)對系統(tǒng)電壓進(jìn)行瞬時補(bǔ)償，即使系統(tǒng)電壓降低，它仍然可以維持最大無功電流，即STATCOM產(chǎn)生無功電流基本不受系統(tǒng)電壓的影響;(8)諧波量小。在多種型式的SVC裝置中，SVC本身產(chǎn)生一定量的諧波，如TCR型的5、7次特征諧波量比較大，占基波值的5%一10%;其它型式如SR、TCT等也產(chǎn)生3、5、7、n等次的諧波，這給SVC系統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)帶來許多困難，而S

27、TATCOM則可以采用橋式交流電路的多重化技術(shù)、多電平技術(shù)或PWM技術(shù)來進(jìn)行處理，以消除次數(shù)較低的諧波，并使較高次數(shù)如7、H等次諧波減小到可以接受的程度;(9) STATCOM中的電容器容量小，在網(wǎng)絡(luò)中普遍使用也不會產(chǎn)生諧振，而使用SVC或固定電容器補(bǔ)償，如果系統(tǒng)安裝臺數(shù)較多，有可能會導(dǎo)致系統(tǒng)諧振的產(chǎn)生;(10) STATCOM的端電壓對外部系統(tǒng)的運(yùn)行條件和結(jié)構(gòu)變化是不敏感的。當(dāng)外部系統(tǒng)容量與補(bǔ)償裝置容量可比時，SVC將會變得不穩(wěn)定，而STATCOM仍然可以保持穩(wěn)定，即輸出穩(wěn)定的系統(tǒng)電壓;(11) STATCOM的直流側(cè)采用較大的儲能電容，或者其它直流電源(如蓄電池組)后，它不僅可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的

28、無功功率，還可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率。這對于電力網(wǎng)來說是非常有益的，這是SVC裝置所不能比擬的。正因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，STATCOM作為一種新型的無功調(diào)節(jié)裝置，己經(jīng)成為現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，它已成為國內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重點(diǎn)研究課題之一。1.7本章小結(jié)本章首先介紹了無功補(bǔ)償?shù)囊饬x，無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展情況，并比較了新型靜止無功發(fā)生器STATCOM與SVC的區(qū)別，列舉了STATCOM的各個優(yōu)點(diǎn)，并介紹了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀等內(nèi)容，論述了進(jìn)行課題研究的意義。其次，本章還詳細(xì)介紹了STATCOM的基本類型及其特性和優(yōu)點(diǎn)。STATCOM逆變器的主電路基本類型有兩種，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中多采用電壓型逆變器VS1，而電流型

29、逆變器則采用較少，主要原因在于其直流側(cè)采用電感儲能，逆變器損耗大、成本高、效率低。但是，隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展，電流型逆變器將會具有較廣闊的應(yīng)用前景。2 STATCOM的分類及工作原理2.1 STATCOM的分類按構(gòu)成基本單元逆變器模塊，可以將STATCOM 分為單相橋二電平，三相橋二電平，三相橋多電平。在大容量高電壓等級的應(yīng)用場合中，往往需要將多個低壓小容量變換器通過變壓器耦合（即多重化）或采用變壓器在交流輸入輸出側(cè)進(jìn)行升壓或降壓，這樣會產(chǎn)生耗能、諧波含量大、系統(tǒng)效率低等缺點(diǎn)。而多電平變換器開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力小（如三電平變換器每個開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力是二電平的一半），諧波含量少

30、，損耗降低，因此在大容量場合得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。而在本文中的仿真模型選用的是三相多電平的模型。按構(gòu)成元器件，可以將STATCOM 分為GTO型，IGBT 型，IGCT 型，SCR 型，GTR 型，MOSFET型?；诠β首儞Q的FACTS 設(shè)備一般都采用全控型器件，主要是在GTO、改進(jìn)型GTO（IGBT、MTO、ETO 等）和（HV）IGBT等器件中選擇。國際上第一個采用GTO 作為逆變器功率器件的STATCOM，是由美國EPRI 與西屋電氣公司研制的，容量依1Mvar。我國依20Mvar STATCOM和日本關(guān)西電力系統(tǒng)Inuyama 開關(guān)站依80Mvar STATCOM 均是采用GTO 作為

31、功率器件的。IGBT 適用于小容量場合，由ABB公司研制的配電STATCOM（Distribution STATCOM，D-STATCOM），開關(guān)器件采用多個IGBT串聯(lián)。 按電壓等級，可以將STATCOM 分為高壓輸電網(wǎng)補(bǔ)償和低壓配電網(wǎng)補(bǔ)償。在高壓輸電網(wǎng)中STATCOM需要通過變壓器連接到電網(wǎng)中。在低壓配電網(wǎng)中，通過電抗器并聯(lián)或直接并聯(lián)電網(wǎng)，即D-STATCOM。D-STATCOM的基本工作原理就是將橋式電路通過電抗器或直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)電路交流側(cè)輸出電壓的幅值或相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路系統(tǒng)收獲發(fā)出滿足要求的無功電流，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償無功的目的。另外可以通過脈寬調(diào)

32、制采用特定諧波消除的方法來消除特定諧波。2.2 STATCOM的基本原理STATCOM 的工作狀況是建立在一個靜止的同步電壓源基礎(chǔ)之上。其工作原理就是將自換相橋式電路經(jīng)電抗串聯(lián)與電網(wǎng)相連，根據(jù)輸入系統(tǒng)的無功功率和有功功率的指令，調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足系統(tǒng)所要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹＃?） 電壓源型STATCOM電壓源型STATCOM是一種將直流電壓通過可控開關(guān)管變換為大小和頻率均可調(diào)的三相交流電壓的裝置，其結(jié)構(gòu)圖如圖2-1 所示(電壓型STATCOM ).其主電路由三個橋臂構(gòu)成的橋式電路，每個橋臂上下兩組均由

33、一個IGBT 管子與一個反并聯(lián)的二極管構(gòu)成。圖2.1 電壓型STATCOM結(jié)構(gòu)圖基于本文討論的STATCOM是電壓型STATCOM，一般是由幾個電平臺階合成階梯波以逼近正弦波，諧波少，因此不需要另加濾波電路。而基于電流型逆變器CSI的STATCOM在諧波電流消除方面有很大困難，現(xiàn)有的半導(dǎo)體開關(guān)器件的開關(guān)頻率限制了電流脈寬調(diào)制波的頻率，導(dǎo)致一些低階諧波電流產(chǎn)生。因而，投入實(shí)用的STATCOM大都采用電壓型橋式電路，本文中的STATCOM專指采用自換相的電壓型橋式電路作動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。由于STATCOM正常工作時就是通過電力半導(dǎo)體開關(guān)器件的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就

34、像一個電壓型逆變器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負(fù)載，而是電網(wǎng)。當(dāng)僅考慮基波頻率時，STATCOM可以等效為一個幅值和相位均可以控制的與電網(wǎng)電壓同頻率的交流電壓源。因此，在忽略其損耗時，STATCOM的工作原理就可以用如圖2.2(a)所示的單相等效電路圖來表示。a)單相等效電路圖 b)電流超前 c)電流滯后 圖2.2 STATCOM單相等效電路圖和工作相量圖（忽略損耗） 圖2-2(a)中和，分別表示電網(wǎng)電壓和STATCOM輸出的交流電壓，而表示為電抗器上的電壓，同時也是和的向量差，根據(jù)基爾霍夫電壓定律可知。連接電抗器的電流就是STATCOM從電網(wǎng)側(cè)吸收的電流，可以由其電壓來控制。因此，通過改

35、變STATCOM交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制STATCOM從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了STATCOM吸收無功功率的性質(zhì)和大小。在圖2.2的等效電路中，將連接電抗器視為純電感，不考慮其損耗和變換器的損耗，因此不必從電網(wǎng)吸收能量。在這種情況下，只需使和同相位，僅改變的幅值大小即可控制STATCOM從電網(wǎng)側(cè)吸收的電流的方向和大小。如圖2.2(b)所示，當(dāng)時，電流超前電壓，STATCOM吸收容性的無功功率；如圖2.2(c)所示，當(dāng)時，電流滯后電壓，STATCOM吸收感性的無功功率。當(dāng)考慮到連接電抗器的損耗和變流器自身的損耗(如線路損耗、開關(guān)損耗、

36、管壓降等)，并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮，則其單相等效電路圖和工作相量圖如圖2-3所示:(a)單相等效電路圖 (b)電流超前 (c)電流滯后圖2.3 STATCOM單相等效電路圖和工作相量圖（計(jì)及損耗） 交流系統(tǒng)連接處電壓與逆變器電壓不同相，存在一個角度差，連接電抗的電流的改變是可以由其電壓來控制的，這個電流就是STATCOM從電網(wǎng)吸收STATCOM交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對系統(tǒng)電壓的相位，就可以改變連接電抗上的電流，從而控制STATCOM從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值。也就控制了STATCOM輸出無功功率的大小和性質(zhì)。從工作向量圖中看出，電壓與電流仍相差90°，而電網(wǎng)電壓

37、與電流的相差比90°小角，STATCOM能夠從交流系統(tǒng)吸收有功功率，補(bǔ)償內(nèi)部損耗，維持直流電容上的電壓。在動態(tài)過程中，改變角使逆變器內(nèi)部電容器充電或放電，電容上的電壓發(fā)生變化，逆變器輸出電壓幅值也發(fā)生變化。僅調(diào)節(jié)調(diào)制比m電容電壓不變，但是交流輸出電壓幅值也發(fā)生變化。這兩種方法都可以調(diào)節(jié)逆變器電壓。當(dāng)>時，STATCOM處于超前狀態(tài)，發(fā)出無功功率，起可調(diào)電容器的作用;當(dāng)<時，STATCOM處于滯后狀態(tài)，吸收無功功率，起可調(diào)電抗器的作用;當(dāng)=時，與系統(tǒng)之間不存在無功交換。從而改變STATCOM輸出無功功率的大小和性質(zhì)。因此可以通過調(diào)節(jié)和調(diào)制比m來調(diào)節(jié)STATCOM所發(fā)出的無功

38、功率。（2）電流源型STATCOM電流源型STATCOM的原理示意圖如圖2.4所示，直流側(cè)為儲能電感，逆變器由多個逆變橋串聯(lián)或并聯(lián)而成，其功能是向系統(tǒng)產(chǎn)生一個三相的交流電流。 2.3電流源型STATCOM整個電路結(jié)構(gòu)可以看成是一個可控的電流源連接在交流系統(tǒng)上，這個可控的交流電流源向系統(tǒng)產(chǎn)生一個三相正弦交流電流，超前或之后系統(tǒng)電壓90度，從而達(dá)到吸收或發(fā)出無功的目的，因此電流源型STATCOM有兩種工作狀態(tài)：感性狀態(tài)（吸收無功）和容性狀態(tài)（發(fā)出無功），當(dāng)控制STATCOM裝置產(chǎn)生的電流i超前系統(tǒng)電壓角時，STATCOM向系統(tǒng)輸出的無功功率Q0時，此時STATCOM裝置相當(dāng)于電感;當(dāng)控制STATC

39、OM裝置產(chǎn)生的電流i之后系統(tǒng)電壓角時，STATCOM向系統(tǒng)輸出的無功功率Q0，此時STATCOM裝置相當(dāng)于電容。由于STATCOM裝置產(chǎn)生的電流i的大小可以連續(xù)快速的控制，因此STATCOM吸收的無功功率可以連續(xù)的由正到負(fù)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。與電壓源型STATCOM相比，電流源型STATCOM具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）直接控制變換器的輸出電流。2）具有潛在的電流保護(hù)功能，輸出電流被滯留電感所控制。3）由于其單方向轉(zhuǎn)換特性和潛在的電流保護(hù)功能使其具有高可靠性。4）快速啟動，不需要額外的啟動整流器。2.3 STATCOM的工作特性根據(jù)上一節(jié)對STATCOM工作原理的分析，可得其電壓一電流特性，如圖2.4所示?？?/p>

40、以看出，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降，補(bǔ)償器的電壓-電流特性向下調(diào)整時，STATCOM可以調(diào)整其變流器交流側(cè)電壓的幅值和相位，以使其所能提供的最大無功電流和維持不變，僅受其電力半導(dǎo)體器件的電流容量限制。而對傳統(tǒng)的SVC，由于其所能提供的最大電流分別受其并聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器的阻抗特性限制，因而隨著電壓的降低而減小。因此STATCOM的運(yùn)行范圍比傳統(tǒng)的SVC大，SVC的運(yùn)行范圍是向下收縮的三角形區(qū)域，而STATCOM的運(yùn)行范圍是上下等寬的近似矩形的區(qū)域。這是STATCOM優(yōu)越于傳統(tǒng)SVC的一大特點(diǎn)。圖2.4 STATCOM的電壓-電流特性此外，對于那些以輸電補(bǔ)償為目的的STATCOM來講，如果直流側(cè)采用較大的

41、儲能電容，或者其它直流電源(如蓄電池組，采用電流型變流器時直流側(cè)用超導(dǎo)儲能裝置等)，則STATCOM還可以在必要時短時間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定量的有功功率。這對于電力系統(tǒng)來說是非常有益的，也是傳統(tǒng)的SVC裝置所望塵莫及的。對于裝置中的諧波問題，STATCOM可以采用橋式變流電路的多重化技術(shù)或PWM技術(shù)來進(jìn)行處理，以消除次數(shù)較低的諧波，并使較高次數(shù)的諧波電流減小到可以接受的程度，也可以通過控制策略的優(yōu)化，在檢測無功電流的同時也檢測諧波電流，對兩者同時進(jìn)行補(bǔ)償。在平衡的三相電路中，不論負(fù)載的功率因數(shù)如何，三相瞬時功率之和在任何時刻都等于三相總的有功功率。各相的無功能量在交流側(cè)來回往返而三相電源和負(fù)載之間

42、沒有無功流動，所以理論上講STATCOM的橋式變流電路的直流側(cè)可以不設(shè)儲能元件?？紤]到變流電路吸收的電流的諧波成分以及有功能量的損耗，其直流側(cè)仍需要一定大小的電容作為儲能元件，但其容量遠(yuǎn)比STATCOM所能提供的無功容量要小得多。另外，STATCOM連接電抗由于是濾除電流中高頻成分，所以電感值也不大。這也是STATCOM的一個顯著特點(diǎn)。2.4 STATCOM的拓?fù)溥x型本文研究的STATCOM屬于電壓源型PWM整流器變換電路，它有較快的響應(yīng)速度，且易于實(shí)現(xiàn)，所以目前STATCOM一般采用電壓源型STATCOM。本文研究的STATCOM就采用如圖2-5所示的三相VSR三線六開關(guān)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文

43、所討論的三相電壓型STATCOM最顯著的拓?fù)涮卣骶褪侵绷鱾?cè)采用電容進(jìn)行直流儲能，從而使它的直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性，同時在交流側(cè)有一個電感，使它具有Boost AC/DC變換性能以及交流側(cè)受控電流源特性。 圖2.5 STATCOM的拓?fù)鋱D3 STATCOM控制系統(tǒng)的控制策略研究本章首先對STATCOM目前通用的檢測方法和控制方法進(jìn)行了簡單介紹，分析了這些方法的特點(diǎn)和存在的問題，然后再介紹了幾種常見的控制策略。3.1 STATCOM電流檢測的幾種算法研究無功補(bǔ)償技術(shù)，首先要解決無功電流的精確檢測問題，本節(jié)對各種檢測算法予以介紹，仿真擬采用基于瞬時無功功率理論的諧波和無功電流檢測法。無功電流的檢

44、測方法有許多種:基于Fryz、功率定義的檢測方法、基于頻域分析的FFT測法、基于瞬時無功功率理論的電流瞬時檢測方法、基于自適應(yīng)噪聲相消的檢測方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波分析的檢測方法等。文中對各種檢測方法做了介紹比較，以便充分了解每一檢測法的特點(diǎn)。1. 基于Fryze功率定義的檢測方法，其原理是將負(fù)荷電流分解為與電壓波形一致的分量，將其余分量作為廣義無功電流(包括諧波電流)。它的缺點(diǎn)是:因?yàn)镕ryze功率定義是建立在平均功率基礎(chǔ)上的，所以要求的瞬時有功電流需要進(jìn)行一個周期的積分，再加其它運(yùn)算電路，要有幾個周期延時。因此，用這種方法求得的“瞬時有功電流”實(shí)際是幾個周期前的電流值。2. 基于FFT的采

45、樣數(shù)字計(jì)算方法，此方法需進(jìn)行兩次FFT變換，約需80ms瞬時性誤差較大，且電壓畸變將帶來較大的非同步采樣誤差，特別是對高次諧波的檢測精度影響較大。基于傅立葉快速變換的諧波電流檢測方法，無論是在諧波檢測方面還是在諧波分析方面均獲得了廣泛的應(yīng)用，但檢測精度有待提高。3. 瞬時無功功率理論的基本思路是:將abc三相系統(tǒng)電壓、電流轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)系上的矢量，將電壓、電流矢量的點(diǎn)積定義為瞬時有功功率。將電壓、電流矢量的叉積定義為瞬時無功功率，然后再將這些功率逆變?yōu)槿嘌a(bǔ)償電流。瞬時無功功率理論突破了傳統(tǒng)功率理論在“平均值”基礎(chǔ)上的功率定義，使諧波及無功電流的實(shí)時檢測成為可能。該方法對于三相平衡系統(tǒng)的瞬變電流檢

46、測具有較好的實(shí)時性，有利于系統(tǒng)的快速控制，可以獲得較好的補(bǔ)償效果。4. 自適應(yīng)諧波與無功電流檢測方法。該算法基于自適應(yīng)噪聲對消原理，經(jīng)過自適應(yīng)濾波處理，輸出負(fù)載電流中的有功分量，將此分量從負(fù)載電流中減去就得到高次諧波和無功分量。此算法不受元件參數(shù)變化和電壓波形畸變的影響。自適應(yīng)諧波電流檢測方法具有自適應(yīng)跟蹤檢測的能力，但存在動態(tài)響應(yīng)慢等缺點(diǎn)。5. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電流檢測方法和基于小波分析的電流檢測方法是目前正在研究的新方法，發(fā)展速度較快，是具有潛力的新型電流檢測方法。(1) 無功電流檢測方法基于瞬時無功功率理論的無功電流檢測方法:經(jīng)過對幾種常用的諧波和無功電流檢測方法的比較，首先介紹瞬時無功功

47、率理論。在三相三線制電路中，設(shè)各相電壓和電流的瞬時值分別為和。由于，所以三相電壓和三相電流各只有兩個獨(dú)立分量，其中一個分量可由另兩個分量求出。為分析問題方便，把它們分別變換到兩相正交的坐標(biāo)系上研究。由式（3-1）和式（3-2）的變換，得到兩相瞬時電壓和兩相瞬時電流。 (3.1) (3.2) 其中, (3.3)定義瞬時有功和無功功率為: (3.4)得到 (3.5) (3.6)從式3-5可以看出，三相電路的瞬時有功功率就是三相電路的瞬時功率。以三相電路瞬時無功功率理論為基礎(chǔ)的諧波和無功電流檢測有兩種方法:一是以計(jì)算瞬時有功功率，瞬時無功功率為出發(fā)點(diǎn)的運(yùn)算方式，也就是本文需要采用的檢測算法；另一個是

48、以計(jì)算瞬時有功電流，瞬時無功電流為出發(fā)點(diǎn)的運(yùn)算方式，在下面都有詳細(xì)論述。(2) 瞬時無功功率檢測方法該方法基于前面介紹的瞬時無功功率理論。其原理如圖3-1所示，輸入為負(fù)載三相電壓和三相電流，輸出為補(bǔ)償電流指令值。其中LPF為低通濾波器（Low Pass Filter），C32、C23、Cpq和Cpq-1分別為以下變換矩陣 （3.7） （3.8） 圖3.1瞬時有功、無功功率運(yùn)算法原理圖運(yùn)算中首先將負(fù)載電壓、電流變換到-坐標(biāo)系，求出瞬時有功、無功功率p、q。LPF檢出其中直流分量、，代表了基波產(chǎn)生的有功和無功功率，經(jīng),得到負(fù)載基波電流，與負(fù)載電流相減得到只包含諧波的補(bǔ)償電流指令值。如需補(bǔ)償無功電流

49、，可將 q 支路中的LPF斷開，這樣運(yùn)算出的為基波有功電流，補(bǔ)償電流指令中除包含負(fù)載諧波電流分量外，還包含了負(fù)載的無功電流，最終使STATCOM達(dá)到既消除諧波又補(bǔ)償無功的目的。3.2 STATCOM的控制策略在控制策略上，STATCOM和傳統(tǒng)的SVC有所不同，在SVC中，由外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號用作SVC等效電納的參考值，以此信號來控制SVC調(diào)節(jié)到所需要的等效電納;而在STATCOM中，由開環(huán)或外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號則被視為補(bǔ)償器應(yīng)該產(chǎn)生的無功電流(或無功功率)的參考值。正是在如何由無功電流(或無功功率)參考值調(diào)節(jié)STATCOM真正產(chǎn)生所需要的無功電流(或無功功率)這個環(huán)節(jié)上，形成了S

50、TATCOM多種多樣的具體控制方法，主要可以分為電流間接控制和電流直接控制兩種方法。3.2.1 電流直接控制所謂電流直接控制，就是采用跟蹤型PWM控制技術(shù)對電流波形的瞬時值進(jìn)行反饋控制，直接指令電流的發(fā)生。圖3.3給出了引入pq分解法的電流直接控制方法。這種控制方法中，由于其參考值和反饋值在穩(wěn)態(tài)時均為直流信號，因此通過PI調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)無穩(wěn)態(tài)誤差的電流跟蹤控制。跟蹤型PWM控制技術(shù)采用了三角波比較方式，也可采用滯環(huán)比較方式。由于直接電流控制法是對電流瞬時值的跟蹤控制，要求主電路中電力半導(dǎo)體開關(guān)器件有較高的開關(guān)頻率，這種方法只適用中小容量的STATCOM的控制。3.2.2 電流間接控制所謂電流間

51、接控制，是通過STATCOM逆變器所戶生交流電壓基波的相位和幅值，來間接控制STATCOM的交流側(cè)電流。間接電流控制方法多應(yīng)用于較大容量STATCOM。Q-和V-控制屬于間接電流控制，通過系統(tǒng)無功或電壓的反饋，僅調(diào)節(jié)STATCOM逆變器超前角間接控制STATCOM的交流側(cè)電流。基于dq變換PI解耦控制也是屬于間接電流控制。STATCOM 裝置主電路設(shè)計(jì)的多重化和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)是提高容量的常用技術(shù)。多重化結(jié)構(gòu)就是用幾個單相或三相逆變器產(chǎn)生相位相差若干度的方波電壓，用變壓器將不同相位的方波電壓串聯(lián)在一起，可以有效的提高容量與電壓，減少諧波，但同時也會帶來很多問題，諸如價格昂貴，增加了裝置損耗和占地面積，

52、并且變壓器的鐵磁非線性特性也給設(shè)計(jì)帶來了困難。由ALSTOM公司為英國國家電網(wǎng)公司研制的依75Mvar STATCOM 采用了新型鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，摒棄了笨重的多重化變壓器。鏈?zhǔn)絊TATCOM 各逆變橋直流電容器是相互獨(dú)立的，存在電容電壓不平衡問題，混合型損耗差異、并聯(lián)型損耗差異以及輸入脈沖延時的不同是造成電容電壓不平衡的主要原因。通過調(diào)節(jié)逆變橋與系統(tǒng)間的相位差，通過調(diào)節(jié)各逆變橋調(diào)制比都可以實(shí)現(xiàn)電容電壓平衡。而本文的仿真模型采用的是多重化結(jié)構(gòu)。3.2.3 多電平逆變器控制對于多重化、多電平結(jié)構(gòu)的STATCOM 的控制,可以采用多載波或多帶寬PWM 控制、空間矢量控制和優(yōu)化開關(guān)角的基頻開關(guān)控制等方法。具

53、體技術(shù)思路有消除諧波PWM 技術(shù),開關(guān)頻率最優(yōu)PWM 技術(shù)、三角波移相PWM 技術(shù)、三角形載波移相開關(guān)頻率最優(yōu)PWM 技術(shù)、空間電壓矢量PWM 控制技術(shù)等。4 STATCOM系統(tǒng)仿真4.1 MATLAB/Simulink仿真技術(shù)概述軟件仿真是對電力電子系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)的重要手段與方法。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)分析綜合與設(shè)計(jì)過程中，除了需要進(jìn)行理論分析外，還要對系統(tǒng)的特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以判斷實(shí)驗(yàn)設(shè)備性能指標(biāo)與參數(shù)是否達(dá)到預(yù)期要求，并考察其經(jīng)濟(jì)性能。這些都要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中給出明確的結(jié)論。對于那些在實(shí)際調(diào)試過程中存在很大風(fēng)險或?qū)嶒?yàn)費(fèi)用昂貴的實(shí)驗(yàn)裝置，一般不允許對設(shè)計(jì)好的裝置直接進(jìn)行試驗(yàn)，然而沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究

54、是不能將設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)直接放到實(shí)際中去的，因此必須對其進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)研究。在有些情況下，可以構(gòu)造出一套物理模擬裝置來進(jìn)行試驗(yàn)，但這種方法非常費(fèi)時而且費(fèi)用又高，而在有些情況下物理模擬模型幾乎是不可能的。近年來，隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真的方法己被人們采納。這里的實(shí)驗(yàn)裝置仿真就是以實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)對系統(tǒng)的動靜態(tài)過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。這種研究的特點(diǎn)是：將實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律用數(shù)學(xué)表達(dá)式加以描述，它通常是一組常微分方程或差分方程，然后利用計(jì)算機(jī)求解這一數(shù)學(xué)模型，以達(dá)到對系統(tǒng)進(jìn)行分析研究的目的。MATLAB是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級語言，它集科學(xué)計(jì)算、自動控制、

55、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像處理等學(xué)科的功能于一體，由Mathworks公司于上世紀(jì)八十年代推出。經(jīng)過Mathworks公司的不斷完善，時至今日，MATLAB己經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、多工作平臺的功能強(qiáng)勁的大型軟件。MATLAB是一個高度集成的系統(tǒng)，分為兩部分:核心部分和各種可選的工具箱。核心部分有數(shù)百個內(nèi)部核心函數(shù)；工具箱又分為功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。MATLAB提供的Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，能夠在連續(xù)時間域、離散時間域或兩者混合的時間域里進(jìn)行建模。Simulik提供了進(jìn)行系統(tǒng)級仿真的各種模塊，包括基本模塊和一些擴(kuò)展模塊。更令人稱道的是，Simulink提供了一套強(qiáng)大的S-函數(shù)機(jī)制，擴(kuò)展了simulink的功能。S函數(shù)是一個動態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言描述，采用特殊的調(diào)用語法，使函數(shù)和Simuhnk方程解法器進(jìn)行交互，建立起由基本模塊難以搭接起來復(fù)雜的模型，使得用戶可以隨心所欲的建立起自己的仿真系統(tǒng)。在過去幾年里，simulink己經(jīng)成為教學(xué)和工業(yè)應(yīng)用中對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模時使用的最為廣泛的軟件包。Simulink的內(nèi)嵌的庫模塊Power System Blockset(PSB)為工程技