靜止同步補(bǔ)償器原理及控制方法

摘要在目前國家各項(xiàng)技術(shù)大力發(fā)展的今天，電力板塊也幸運(yùn)的搭上了這一趟“順風(fēng)車”，國民針對(duì)用電需求量也越來越高，隨之對(duì)應(yīng)的是電網(wǎng)中的諧波和無功功率的現(xiàn)象變得愈發(fā)的嚴(yán)重了，當(dāng)今，用電設(shè)備基本都傾向很低功率，這給電力系統(tǒng)中帶來了不小的額外負(fù)擔(dān)并很大幅度的降低了電能的質(zhì)量。這一難題是目前供電企業(yè)面臨著最大的難題。將靜止同步補(bǔ)償器放置于電網(wǎng)中是目前最有效、最簡單的解決這一難題的重要部件。靜止同步補(bǔ)償器就像一個(gè)可以完全控制的無功電流源一樣，當(dāng)相關(guān)用電設(shè)備用電需求有較大波動(dòng)的時(shí)候，我們就可以實(shí)現(xiàn)靈敏快速準(zhǔn)確的進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作，維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，避免造成不必要的損失。，本文主要從靜止同步補(bǔ)償器自身的基本電路和其具有無功補(bǔ)償功能的原理，從部分板塊論述靜止同步補(bǔ)償器控制的方式放大，建立了基于MATLAB/Simulink環(huán)境下的靜止同步補(bǔ)償器系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)仿真分析，根據(jù)相關(guān)結(jié)果我們可以確定本論文選定的靜止同步補(bǔ)償器方案正確，具有良好的無功補(bǔ)償性能。關(guān)鍵詞：靜止同步補(bǔ)償器；無功補(bǔ)償；數(shù)學(xué)模型第1章緒論在目前國家各項(xiàng)技術(shù)大力發(fā)展的今天，電力板塊也幸運(yùn)的搭上了這一趟“順風(fēng)車”，國民針對(duì)用電需求量也越來越高，隨之對(duì)應(yīng)的是電網(wǎng)中的諧波和無功功率的現(xiàn)象變得愈發(fā)的嚴(yán)重了，這給電力系統(tǒng)中帶來了不小的額外負(fù)擔(dān)并很大幅度的降低了電能的質(zhì)量。這一難題是目前供電企業(yè)面臨著最大的問題。1.1背景及意義伴隨著我國快速發(fā)展，電力系統(tǒng)也在飛速的發(fā)展，而電力電子裝置作為電力網(wǎng)中最重要的部件之一，相應(yīng)的也得到了廣泛的利用，但是因?yàn)槠渥鳛殡娮釉?，自然也有一些無功功率的消耗因素在里面了，一方面是輸出電能的那個(gè)系統(tǒng)自身無法避免的吸收了相關(guān)電能，當(dāng)然還有一方面就是用電設(shè)備所消耗的無功功率，然而絕大部分的電力電子元件又恰恰是非線性的，當(dāng)然因?yàn)槠涫欠蔷€性的原件，那么它所對(duì)應(yīng)的無功功率也是非線性的。它區(qū)別于線性原件，整個(gè)過程都是動(dòng)態(tài)的，隨機(jī)變化非常的不固定。并且，在我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫男⌒彤惒诫妱?dòng)機(jī)啊，包括院校使用的日光燈在啟動(dòng)瞬間都會(huì)吸收非常多的無功功率，根據(jù)這兩點(diǎn)一是造成了后期的無功補(bǔ)償領(lǐng)域的研究帶來了不小的麻煩，二是雖然麻煩，但是我們也要硬著頭皮向前沖，因?yàn)槭褂昧烤薮?，所以我們必須進(jìn)行相應(yīng)問題的解決，只要解決了這個(gè)問題，我們?cè)陔娏ο到y(tǒng)中關(guān)于非線性的電子元件的研究才有直的飛升。所以，這也是當(dāng)下此領(lǐng)域高學(xué)者研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)。1.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀隨著在電力網(wǎng)中電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生無功功率的消耗，而我們知道電力電子裝置大多屬于非線性元件，其所消耗的無功功率也具有非線性特征。不同于線性元件，非線性元件的特性不固定，給無功補(bǔ)償方面課題的研究帶來了困難。但是解決了這樣的問題，對(duì)電力系統(tǒng)以及電力電子研究的發(fā)展有著不可小覷的作用，因此，成為近年來學(xué)者專家們研究的熱點(diǎn)。關(guān)于早期無功補(bǔ)償我們基本采取的方式方法有并聯(lián)一個(gè)電容器或者不是不同步的發(fā)電機(jī)等，這樣針對(duì)其阻抗一直是一個(gè)固定值，他不能根據(jù)非線性的電力電子元件進(jìn)行時(shí)刻的變化，還有就是一個(gè)致命的缺點(diǎn)為調(diào)相機(jī)和同步發(fā)電機(jī)補(bǔ)償所使用的相關(guān)設(shè)備為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，其磨耗很大、噪音也不小，這樣對(duì)作業(yè)環(huán)境也是一個(gè)不小的考驗(yàn)。當(dāng)然其作為一個(gè)常規(guī)設(shè)備，不能解決極端的無功補(bǔ)償，比如非常大的或者非常小的，他無法解決，所以，這些設(shè)備慢慢的走進(jìn)被淘汰的階段。關(guān)于柔性交流輸電系統(tǒng)他是伴隨著電力電子技術(shù)發(fā)展而應(yīng)運(yùn)而生的系統(tǒng)，目前針對(duì)無功補(bǔ)償基于FACTS技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)該是最常見的靜止無功補(bǔ)償器。為適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，伴隨著全控型電力電子器件的誕生與發(fā)展，目前此技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了一種較潮流更可靠的的靜止無功發(fā)生器的補(bǔ)償裝置。它目前是電力電子中最重要的成員之一，他可以有效的解決大負(fù)荷突變較大的情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)較大的突變時(shí)，他可以快速、精準(zhǔn)、適量的向相關(guān)系統(tǒng)補(bǔ)償無功功率，以此來提高電力線網(wǎng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行。早在前一個(gè)世紀(jì)中期（70年代）就有學(xué)者提出采用電力半導(dǎo)體的思想來進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)淖鳂I(yè)，當(dāng)然它和柔性交流輸電系統(tǒng)還是存在天差地別，他主要是直接掛在電網(wǎng)上（采用并聯(lián)的結(jié)構(gòu)），根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)指令，來調(diào)節(jié)相應(yīng)的電壓的極值和相關(guān)相位等作用。1.3本文主要研究的內(nèi)容中國的各區(qū)域性電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，多大區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)上帶來了明顯的好處，大量的使用電力電子等非線性的功率元件，本文主要從靜止同步補(bǔ)償器自身的基本電路和其具有無功補(bǔ)償功能的原理，從部分板塊論述靜止同步補(bǔ)償器控制的方式放大，建立了基于MATLAB/Simulink環(huán)境下的靜止同步補(bǔ)償器系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)仿真分析，根據(jù)相關(guān)結(jié)果我們可以確定本論文選定的靜止同步補(bǔ)償器方案正確，具有良好的無功補(bǔ)償性能。

第2章、STATCOM的分類及工作原理2.1靜止同步補(bǔ)償器的分類為更加容易而又快速的分區(qū)靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM），我們可以根據(jù)構(gòu)成基本單元逆變器模塊、按構(gòu)成元器件、按電壓等級(jí)等進(jìn)行對(duì)其的一個(gè)分類。其中，我們按構(gòu)成基本單元逆變器模塊，以單相橋二電平，三相橋二電平和三相橋多電平合計(jì)三大類對(duì)其靜止同步補(bǔ)償器進(jìn)行一定的分類。其中在很大容量以及較高電壓的綜合應(yīng)用區(qū)域，我們通常需要將多個(gè)單一的低壓小容量變換器通過變壓器進(jìn)行多重化作業(yè)過濾一次，亦或是采用變壓器在進(jìn)行相關(guān)升壓或降壓作業(yè)，但是這樣隨之帶來的就是耗了很多能量，造成了較大的諧波，當(dāng)然系統(tǒng)的效率自然就很低下等多項(xiàng)缺點(diǎn)。相比之下所對(duì)應(yīng)的就是多電平變換器開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力就會(huì)小很多，諧波含量比單個(gè)的就要小很多很多，對(duì)之耗能也會(huì)被講的很低，正因?yàn)橛辛诉@些優(yōu)點(diǎn)，所以再大容量場(chǎng)合的到大量的應(yīng)用。所以，我們?cè)诒疚闹胁捎玫娜喽嚯娖阶鳛槲覀兘Ｋ玫哪Ｐ?。如果我們按照?gòu)成元器件來進(jìn)行分類的話，我們可以將靜止同步補(bǔ)償器STATCOM分為GTO型，IGBT型，IGCT型等型號(hào)?；诠β首儞Q的靜止同步補(bǔ)償器設(shè)備一般都采用全控型器件。這里面的IGBT非常適用于較小容量的場(chǎng)合，它是由abb公司研制的配電靜止同步補(bǔ)償器STATCOM，他們采用多個(gè)IGBT串聯(lián)的開關(guān)器件，有效適應(yīng)了較小容量的場(chǎng)合。如果我們按照靜止同步補(bǔ)償器的電壓高低等級(jí)來分的話，我們可以將靜止同步補(bǔ)償器分為高電壓補(bǔ)償和低電壓補(bǔ)償二大類。在低壓等級(jí)的電力電網(wǎng)中，我們一般都是通過電抗器并直連都可以進(jìn)入電網(wǎng)。當(dāng)然針對(duì)橋式電路他就會(huì)通過電抗器或者交直流的方式直接接入電力電網(wǎng)中，這樣他可以直接對(duì)電流電壓的極大值極小值和初相位等進(jìn)行相關(guān)的調(diào)節(jié)工作，滿足無功的電流，這樣就可以有效的補(bǔ)償動(dòng)態(tài)變化的無功功率。當(dāng)然我們也有一定的方法進(jìn)行消除某一些特定的諧波，比如可以通過脈寬的調(diào)至方式。

2.2靜止同步補(bǔ)償器的基本原理一般來說我們的靜止同步補(bǔ)償器STATCOM的工作狀態(tài)他不能在一個(gè)動(dòng)態(tài)的電壓源的基礎(chǔ)上，反而言之他必須在靜態(tài)的同步電壓源的基礎(chǔ)上。他的工作原理較為簡單方便，主要就是將自換相橋式電路經(jīng)過電抗和相關(guān)電網(wǎng)采用的串聯(lián)的方式進(jìn)行銷戶連接。然后根據(jù)輸入的電網(wǎng)系統(tǒng)的無功功率和有功功率的相關(guān)指令進(jìn)行相應(yīng)的不一樣的動(dòng)作，他這里就可以進(jìn)行電路交流側(cè)輸出電壓的極大值和極小值還有就是相位，或者直接控制相關(guān)交流側(cè)電流，就可以使相關(guān)電路釋放出來相關(guān)無功電流，當(dāng)然也可以吸收一部分多余的無功電流，這樣就在某種意義上來講實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，也達(dá)到了相應(yīng)的目的要求。2.2.1電壓源型的靜止同步補(bǔ)償器STATCOM電壓源型STATCOM他主要講的是一種直流電壓然后他通過的事一個(gè)可祎控制的開關(guān)進(jìn)行大小、頻率都可以滿足條件的動(dòng)作的三相交流電壓的裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2-1，從圖中我們可以看出來，他這個(gè)主電路是橋式電路它是由三個(gè)橋臂構(gòu)成的，當(dāng)然每個(gè)橋臂都有一個(gè)IGBT的管子和一個(gè)不是并聯(lián)的二極管相互搭接構(gòu)成。圖2-1電壓型STATCOM結(jié)構(gòu)圖這里主要就是通過討論電壓型STATCOM，他又主要以幾個(gè)點(diǎn)平依照一個(gè)個(gè)臺(tái)階的形式組成一個(gè)階梯的波樣來靠近或者相像的sin函數(shù)的波形圖，這樣的話他的諧波就相當(dāng)?shù)纳?，我們?duì)此就不需要考慮外加一個(gè)濾波電路，減少不必要的麻煩。當(dāng)然在基于現(xiàn)有的電流型的捏便器他基本無法有效的消除諧波，主要是因?yàn)楝F(xiàn)在的半導(dǎo)體開關(guān)器件在一定程度上限制并阻礙了電流脈寬的調(diào)制波的相關(guān)頻率f，所以這樣肯定就會(huì)有一部分低價(jià)的諧波電流產(chǎn)生。所以，我們?cè)趯?shí)際采納并使用的STATCOM基本都是采用的電壓型的橋式電路，當(dāng)然，我們關(guān)于本文中的先關(guān)補(bǔ)償因素采用的是自己進(jìn)行換相的電壓型橋式電路作為可以變動(dòng)的動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償?shù)难b置。關(guān)于靜止同步補(bǔ)償器STATCOM他在非故障的情況下，他主要還是通過電力半導(dǎo)體的開關(guān)器件的連通以及斷開來直接將直流一側(cè)的電壓換成交流側(cè)的但是又是和電網(wǎng)一樣頻率的輸出電壓，這樣也有效保障了電力電網(wǎng)正常電壓，他這樣看起來就像一個(gè)電壓型的逆變器進(jìn)行相應(yīng)的工作。但是呢，他在交流側(cè)的輸出是堅(jiān)決不可以接無源負(fù)載的，接的確實(shí)電網(wǎng)。我們只考慮基波相關(guān)頻率時(shí)，他可以被我們當(dāng)成是一個(gè)極值和相位都可以為我們所控制的的，因此，我們可以在一定程度上忽略他們的額外磨耗，這樣我們的工作原理就可以當(dāng)成是以下的單相等效的電路圖來表示。a)單相等效電路圖b)電流超前c)電流滯后圖2-2STATCOM單相等效電路圖和工作相量圖（必須忽略損耗）針對(duì)2-2圖中a圖的和，他們主要分別表示電力電網(wǎng)中的電壓還有就是靜止同步補(bǔ)償器STATCOM輸出側(cè)的交流電壓，余下的表示為電抗器上的電壓，當(dāng)然他也代表著電力電網(wǎng)中的電壓還有就是靜止同步補(bǔ)償器STATCOM輸出側(cè)的交流電壓之間的向量差，我們根據(jù)基爾霍夫電壓定律可以得到。則代表我們的靜止同步補(bǔ)償器STATCOM從電網(wǎng)吸收的電流即連接電抗器的電流。在上圖中的等效電路圖，我們可以看出來，將連接的非純電感的電抗器直接當(dāng)成了純電感，這樣我們就可以簡單化，不用考慮相關(guān)磨耗以及變換器長期工作而帶來的損耗，這樣也就不用考慮他從電網(wǎng)進(jìn)行吸收能量了。在這種情況下，整個(gè)就更為簡單了，我們僅僅需要做的就是讓他們和的相位保持高度的一致，這樣我們就只需要將的幅值大小值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整就好了，即他主要從靜止同步補(bǔ)償器STATCOM從電網(wǎng)一側(cè)吸收的電流的方向和大小。這里面我們也需要考慮連接電抗器的損耗還有和變流器自身的磨耗，閉關(guān)一些常動(dòng)作的開關(guān)等，這里我們將這些磨耗全部放在一起進(jìn)行相關(guān)的考慮，那么單相等效電路圖和工作相量圖就會(huì)涉及一定的變化，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2-3STATCOM單相等效電路圖和工作相量圖（計(jì)及損耗）這里面我們需要考慮的是連接地的電壓與逆變器電壓不同相的問題，他們之間存在一個(gè)差值為角度差，當(dāng)然這里連接的電抗的電壓就可以控制這個(gè)電流的改變，靜止同步補(bǔ)償器STATCOM他主要從電網(wǎng)上吸收電流的大小以及相位之間的問題。他進(jìn)一步就控制著靜止同步補(bǔ)償器STATCOM輸出的的電壓以及他們相對(duì)于電力電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓的相位，這樣也就可以有效地改變了電抗里的電流，從而進(jìn)一步的控制著靜止同步補(bǔ)償器STATCOM他從電力電網(wǎng)的汲取的電流相關(guān)指數(shù)（相位和幅值等意義）。我們可以從工作圖的限量圖上得出，其實(shí)就算電壓與電流仍相差90°，而電網(wǎng)電壓與電流的相差比90°小角，也絲毫不會(huì)影響靜止同步補(bǔ)償器STATCOM他從交流系統(tǒng)上吸收有功功率，還有可以有效的補(bǔ)償內(nèi)部的損耗，可以直接維持在直流電容上的電壓。當(dāng)然，在動(dòng)態(tài)改變的過程中，我們可以改變角來強(qiáng)迫使逆變器內(nèi)部的電容等完成相應(yīng)的充放電過程，這樣就順帶讓電容上的電壓發(fā)生了一定值得改變，所引發(fā)的一長串逆變器輸出的電壓幅值也發(fā)生變化。如果我們僅僅只是調(diào)節(jié)了m的電容電壓的不變的話，交流輸出的電值也會(huì)發(fā)生一定的變化。在這兩種狀態(tài)下，可以使靜止同步補(bǔ)償器STATCOM處于超前或者滯后的狀態(tài)，這樣也就可以發(fā)出或者吸收了無功功率，這樣可以調(diào)節(jié)電容器的作用。2.2.2電流源型靜止同步補(bǔ)償器STATCOM電流源型靜止同步補(bǔ)償器STATCOM的原理示意圖可以簡化為如圖2-4所示，這里的直流側(cè)我們采取的電感為可以儲(chǔ)能的，并且由多個(gè)逆變橋并串聯(lián)而成逆變器，其主要的功能是就是向系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)三相的交流電流。圖2-4電流源型靜止同步補(bǔ)償器STATCOM這里面的整個(gè)電路我們可以當(dāng)成可以控制的電源將其放在同一個(gè)交流的系統(tǒng)上，根據(jù)這個(gè)可以控制的交流電流源再向電力電網(wǎng)系統(tǒng)出一個(gè)三相正弦交流電流，這樣我們需要其保證誤差90度，超前或者滯后都是可以的，從而達(dá)到相關(guān)吸收一定量無功功率和釋放一定量的無功功率，通過這個(gè)我們可以判定出電流源型的靜止同步補(bǔ)償器STATCOM僅有第一和第二兩種的工作狀態(tài)。第一種就是吸收一定量的無功功率即感性狀態(tài)，另外一種就是釋放一些無功功率即容性狀態(tài)。當(dāng)我們的電流源型的靜止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置所產(chǎn)生的電流I超過電壓的度數(shù)為δ角時(shí)，此時(shí)的電流源型的靜止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置有兩種狀態(tài)，一是相當(dāng)于電容，另一種是相當(dāng)于電感。又因?yàn)殡娏髟葱偷撵o止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置所誕生的電流可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，他不僅可以快速的反饋，同時(shí)在正負(fù)兩級(jí)可以來回移動(dòng)。針對(duì)電壓源與電流源的兩種靜止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置，前者可以直接控制部分內(nèi)容，比如變換器的輸出電流，還可以進(jìn)行一些內(nèi)在保護(hù)，比如他自身潛在了電流保護(hù)的能力，能夠讓整個(gè)系統(tǒng)能夠告訴穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，最重要的一點(diǎn)得益于他可以快速的啟動(dòng)，就不需要外置啟動(dòng)的整流器了。2.2.3靜止同步補(bǔ)償器STATCOM的工作特性我們根據(jù)前文對(duì)靜止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置最根本的工作原理進(jìn)行深入系統(tǒng)的相關(guān)分析，我們可以得到有效的電壓與電流之間的關(guān)系，如圖2-5所示。從圖中我們可以清晰明了的看出當(dāng)我們的電力電網(wǎng)系統(tǒng)中電壓下降時(shí)，那么關(guān)于靜止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置電壓與電流也在走下坡路，靜止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置可以做到快速精準(zhǔn)有效的對(duì)變流器交流側(cè)電壓的幅值和相位進(jìn)行相應(yīng)快速的調(diào)整，這樣也就可以針對(duì)自身能夠供的最大的無功電流等大小保持一個(gè)恒定值，他在此環(huán)境下僅僅守電力半導(dǎo)體器件的電流容量的控制動(dòng)作。圖2-5STATCOM的電壓-電流特性另外，我們對(duì)于那些靜止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置以輸出電能補(bǔ)償作為目的來討論分析，如果我們的直流一側(cè)的可以儲(chǔ)能的電容較大，則靜止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置她還可以在很短的時(shí)間呢你做出快速反應(yīng)，并向電力電網(wǎng)提供相關(guān)的有功功率的補(bǔ)償，這些作用我們不得不承認(rèn)對(duì)我們電力電網(wǎng)整個(gè)系統(tǒng)來說都是相當(dāng)?shù)闹匾?。?duì)于在這過程中所產(chǎn)生的諧波等問題，靜止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置可以采用我們橋式變流電路的多重化等相關(guān)技術(shù)，這樣可以有效快速的降低甚至是消除次數(shù)較低的諧波。在正常的三相電路中，我們的環(huán)境一般來都都是顯得相對(duì)平衡的，所以我們不用考慮負(fù)載的相關(guān)功率等因素，因?yàn)槿嗨矔r(shí)功率之和永遠(yuǎn)一定都等于三相總的有功功率，靜止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置所連接電抗的主要目的是為了消除和濾除電流中的高頻成分，正因?yàn)檫@個(gè)原因，所以其電感值就不是很大。2.2.4靜止同步補(bǔ)償器STATCOM的拓?fù)溥x型因?yàn)榍拔囊呀?jīng)敘說電壓源和電流源的得益優(yōu)點(diǎn)，所以本文所探討分析的靜止同步補(bǔ)償器STATCOM是屬于電壓源的PWM整流器變換電路，他的主要優(yōu)點(diǎn)就在于響應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確，且技術(shù)成本不是很高，針對(duì)其余來說容易實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，所以靜止同步補(bǔ)償器STATCOM一般來講都是采用的此整流器。本文，所研究的靜止同步補(bǔ)償器STATCOM就采用了如圖2-6所示的三相VSR三線六開關(guān)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。他拓?fù)涮卣髯畲蟮牧咙c(diǎn)就是直流側(cè)采用的電容，恰好電容可以進(jìn)行直流儲(chǔ)能，從而使直流側(cè)呈阻抗較低的電壓源特性，我們?cè)诖私涣鱾?cè)還設(shè)有電感一個(gè)，正因?yàn)橛辛诉@個(gè)電感，所以它還具有BoostAC/DC的性能就是進(jìn)行變換和交流側(cè)要受控電流源特性。圖2-6STATCOM的拓?fù)鋱D

第3章、STATCOM系統(tǒng)的仿真3.1MATLAB/Simulink仿真技術(shù)概述仿真技術(shù)在電力電子系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)計(jì)分析以及研究探討的重要方式方法，我們?cè)谶M(jìn)行一系列設(shè)計(jì)分析的時(shí)候，我們除了要進(jìn)行相關(guān)的理論分析，還需要采用試驗(yàn)等方式方法提前介入數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，這樣我們才可以提前判斷相關(guān)的設(shè)備的參數(shù)、預(yù)選的數(shù)據(jù)是否能達(dá)到我們想要的結(jié)果，同時(shí)我們也可以提前確定了我們此次涉及分析是否最經(jīng)濟(jì)等信息，我們都可以在建模過程中得到相關(guān)的結(jié)論。對(duì)于那些不符合預(yù)期效果，還有就是費(fèi)用消費(fèi)較高的設(shè)備因素，我們可以提前選擇放棄，有效節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益。但是，針對(duì)有些試驗(yàn)就較大風(fēng)險(xiǎn)，或者在實(shí)驗(yàn)時(shí)我們就可能會(huì)投入大量費(fèi)用的情況，可能我們就無法進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，那么仿真技術(shù)就顯得至關(guān)重要了，實(shí)驗(yàn)室的仿真其實(shí)就是一個(gè)數(shù)學(xué)建模的過程，他可以借助現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)的研究。這個(gè)數(shù)學(xué)建模的過程中得益于將實(shí)際系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、設(shè)備選材等使用數(shù)學(xué)計(jì)算式的來描述，他有通常是積分板塊的學(xué)術(shù)，我們可以借助自己的計(jì)算機(jī)求解這一模型，通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果我們得到我們想要的實(shí)踐結(jié)論。MATLAB就是一種覆蓋全系統(tǒng)的較為常見的比較高級(jí)的數(shù)學(xué)語言，他會(huì)計(jì)數(shù)、自動(dòng)控制、讀寫、識(shí)別代碼等多科領(lǐng)域的功能于一身，不可否認(rèn)，他就是一個(gè)集成大部分學(xué)科于一身的系統(tǒng)，具有很強(qiáng)大的功能。針對(duì)非線性動(dòng)態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)，是很難做到準(zhǔn)確無誤的進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，那么MATLAB就可以用來提取相關(guān)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)來建立相應(yīng)的模型，他能夠完美的讀取非線性的數(shù)據(jù)，當(dāng)然他也可以讀取稍微簡單一點(diǎn)的線性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，他也可以針對(duì)連續(xù)時(shí)間、斷續(xù)時(shí)間亦或是這種混合的既有連續(xù)時(shí)間又有斷續(xù)時(shí)間的合計(jì)兩種的區(qū)域內(nèi)就行相關(guān)的建模。這樣基本上可以滿足很大一部分用戶“隨心所欲”的進(jìn)行建模。3.2STATCOM仿真模型建立STATCOM系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，因?yàn)樗欠蔷€性的、強(qiáng)耦合等多項(xiàng)特點(diǎn)，為了減少不必要的損失，或者說降低不必要人力物力，我們?cè)谶M(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)完畢后，正式開始試驗(yàn)我們需要提前進(jìn)入仿真建模是必須的，而且是需要長期堅(jiān)持下去的，針對(duì)仿真研究我個(gè)人覺得有以下幾個(gè)作用：首先，我們?cè)O(shè)計(jì)的相關(guān)系統(tǒng)僅此是我們?nèi)藶榈臉?gòu)想，無法實(shí)際驗(yàn)證其準(zhǔn)確性，所以我們通過仿真模型的建立基本可以確定控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是否具有高度的正確性，這樣可以有效的加深我們對(duì)其控制規(guī)律的認(rèn)知及其更深入的理解。再者我們的通過結(jié)果的數(shù)據(jù)來改變實(shí)驗(yàn)中的一系列參數(shù)，這樣最多我們的最后成品對(duì)于參數(shù)選擇也具有指導(dǎo)性的作用。為了使相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果更加逼真，準(zhǔn)確率更高，更符合實(shí)際情況，我們?cè)诮⑾嚓P(guān)仿真模型的時(shí)候，采用了MATLAB軟件自帶的軟件庫進(jìn)行相互建模，分別采用了simulink仿真模塊、STATCOM仿真模型，當(dāng)然我們的電路參數(shù)也盡可能根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的情況進(jìn)行設(shè)置，有效保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，順帶保證了結(jié)果的參考價(jià)值也是巨大的。。首先是整個(gè)仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)全圖，如下圖圖3-1仿真模型全圖在上述仿真模型系統(tǒng)中，我們可以清楚的看到直流側(cè)大電容主要作用就是用于為整個(gè)方正模型提供一個(gè)準(zhǔn)確無誤的直流電壓信號(hào)，提高的這個(gè)直流電壓信號(hào)知道到了我們的三相逆變器內(nèi)，經(jīng)過逆變器以后這個(gè)直流電壓信號(hào)通過相關(guān)逆變最后被變成多個(gè)相位有一定角度差的交流方波信號(hào)，這些信號(hào)被送到變壓器中，然后就被串聯(lián)在一起了，這就是變壓器的主要作用，串聯(lián)在一起的信號(hào)最后就成功的輸出交流正弦波信號(hào)。下圖分別是逆變器輸出電壓、變壓器輸出電壓、輸出電壓的測(cè)量接線圖。圖3-2逆變器輸出電壓測(cè)量接線圖