静止同步补偿器原理及控制方法.docx

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1、摘要在目前国家各项技术大力发展的今天，电力板块也幸运的搭上了这一趟“顺风车”，国民针对用电需求量也越来越高，随之对应的是电M中的谐波和无功功率的现象变得愈发的严重了，当今，用电设备基本都倾向很低功率，这给电力系统中带来了不小的辙外负担并很大幅度的降低了电能的质量。这一难题是F1.前供电企业面临着最大的难题。将静止同步补偿器放置于电网中是目前最有效、最简堆的解决这一难题的重要部件。静止同步补偿器就像一个可以完全控制的无功电流源一样，当相关用电设备用电需求有较大波动的时候，我们就可以实现灵敏快速准确的进行相关动作，维持电网安全稳定的运行状态，避免造成不必要的损失。，本文主要从静止同步补偿器自身的基

2、本电路和其具行无功补偿功能的原理，从部分板块论述静止同步补偿耦控制的方式放大，建立了基于MAT1.ABsimUIink环境下的静止同步补偿器系统数学模型，对柒进行相关仿真分析，根据相关结果我们可以确定本论文选定的静止同步补偿器方案正确，具有良好的无功补偿性能。关键词：静止同步补偿器：无功补偿：数学模型第1章绪论在F1.前国家各项技术大力发展的今天，电力板块也幸运的搭上这一趟“顺风车”，国民针对用电需求房也越来越高，随之对应的是电网中的谐波和无功功率的现象变得愈发的严重了，这给电力系统中带来了不小的额外负担并很大幅度的降低了电能的质量。这一难题是目前供电企业面临着最大的问尊。1.1 背景及意义伴

3、随若我国快速发展，电力系统也在飞速的发屣，而电力电子装置作为电力网中最重要的部件之一，相应的也得到r广泛的利用，但是因为我作为电子元件，自然也有一些无功功率的消耗因素在里面了，一方面是输出电能的那个系统自身无法避免的吸收了相关电能，当然还有一方面就是用电设备所消耗的无功功率，然而绝大部分的电力电子元件又恰恰是非线性的，当然因为其是非线性的原件，那么它所对应的无功功率也是非线性的。它区别于线性原件，整个过程部是动态的，随机变化非常的不固定。并且，在我们日常生活中使用的小型异步电动机啊，包括院校使用的日光灯在启动瞬间都会吸收非常多的无功功率，根据这两点一是造成了后期的无功补偿领域的研究带来不小的麻

4、烦，二是虽然麻烦，但是我们也要硬着头皮向前冲，因为使用量巨大，所以我们必须进行相应问题的解决，只要解决了这个问题，我们在电力系统中关于非线性的电子元件的研究才有直的飞升。所以，这也是当下此领域高学者研究的重点、难点。1.2 国内外研究的现状随着在电力网中电力电子装置的广泛应用，会在电网中产生无动功率的消耗，而我们知道电力电子装置大多属于非线性元件，其所消耗的无功功率也具有非线性特征。不同于线性元件，非线性元件的特性不固定，给无功补偿方面课题的研究带来了困难,但是解决了这样的问题.对电力系统以及电力电子研究的发展有若不可小政的作用，因此，成为近年来学者专家们研究的热点。关于早期无功补偿我们基本采

5、取的方式方法有并联一个电容器或者不是不同步的发电机等，这样针对其阻抗一直是一个固定值，他不能根据非线性的电力电子元件进行时刻的变化，还有就是一个致命的缺点为调相机和同步发电机补偿所使用的相关设备为旋转运动的设备，其磨耗很大、噪音也不小，这样对作业环境也是一个不小的考验。当然其作为一个常规设备.不能解决极端的无功补偿，比如非常大的或者非常小的，他无法解决，所以，这些设备慢慢的走进被淘汰的阶段。关于柔性交流输电系统他是伴1.着电力电子技术发展而应运而生的系统，F1.前针对无功补偿基于FACrS技术的应用应该是最常见的静止无功补偿器。为适应时代的发展，伴随若全控型电力电子器件的诞生与发展，目前此技术

6、领域出现了一种较潮流更可靠的的群止无功发生器的补偿装置。它目前是电力电子中最重要的成员之一，他可以有效的解决大负荷突变较大的情况，当发现较大的突变时，他可以快速、精准、适量的向相关系统补偿无功功率，以此来提高电力线网的安全稳定的运行。早在前一个世纪中期（70年代）就有学者提出采用电力半导体的思想来进行无功补偿的作业，当然它和柔性交流输电系统还是存在天差地别，他主要是直接挂在电网上（采用并联的结构），根据相关数据指令，来调节相应的电压的极值和相关相位等作用。1.3 本文主要研究的内容中国的各区域性电网将实现联网，多大区域互联电力系统从经济上带来了明显的好处，大量的使用电力电子等非线性的功率元件，

7、本文主要从静止同步补偿器自身的基本电路和其具有无功补偿功能的原理，从部分板块论述辞止同步补偿擀控制的方式放大，建立了基于MAT1.ABZSimu1.ink环境下的静止同步补偿器系统数学模型，时其进行相关仿真分析，根据相关结果我们可以确定本论文选定的静止同步补偿涔方案正确，具有良好的无功补偿性能。第2章、STATCOM的分类及工作原理2.1暗止同步补偿器的分类为更加容易而乂快速的分区静止同步补偿器(STATCOM),我们可以根据构成基本单元逆变涔模块、按构成元潺件、按电压等级等进行对其的一个分类。其中，我们按构成基本单元逆变器模块，以单相桥二电平，三相桥二电平和三相桥多电平合计三大类对其静止同步

8、补偿器进行一定的分类。其中在很大容量以及较高电压的综合应川区域，我们通常需要将多个单一的低压小容量变换器通过变压器进行多重化作业过滤一次,亦或是采用变压器在进行相关升压或降压作业，但是这样随之带来的就是耗了很多能量，造成了较大的谐波，当然系统的效率自然就很低下等多项缺点。相比之下所对应的就是多电平变换器开关器件所承受的电压应力就会小很多，谐波含量比单个的就要小很多很多，对之耗能也会被讲的很低，正因为有了这些优点，所以再大容量场合的到大量的应用。所以，我们在本文中采用的三相多电平作为我们建模所用的模型。如果我们按照构成元器件来进行分类的话，我们可以将静止同步补偿那STATCOM分为Gro型，1G

9、BT型，IGcr型等型号。基于功率变换的静止同步补偿器设备一般都采用全控型器件。这里面的K；BT非常适用于较小容量的场合，它是由abb公司研制的配电净止同步补偿器STATCOM,他们采用多个IGBT串联的开关器件，有效适应了较小容量的场合。如果我们按照静止同步补偿器的电压高低等级来分的话，我们可以将静止同步补偿器分为高电压补偿和低电压补偿二大类。住低压等级的电力电网中，我们一般都是通过电抗器并直连都可以进入电网。当然针对桥式电路他就会通过电抗落或者交直流的方式直接接入电力电网中，这样他可以直接对电流电压的极大值极小值和初相位等进行相关的调节工作，满足无功的电流，这样就可以有效的补偿动态变化的无

10、功功率。当然我们也有一定的方法进行消除某一些特定的谐波，比如可以通过脉宽的调至方式。2.2蟀止同步补偿器的基本原理一般来说我们的静止同步补偿器STATCoM的工作状态他不能在一个动态的电压源的基础上，反而言之他必须在静态的同步电压源的基础上。他的工作原理较为简单方便，主要就是将自换相桥式电路经过电抗和相关电网采用的串联的方式进行销户连接。然后根据输入的电网系统的无功功率和有功功率的相关指令进行相应的不一样的动作，他这里就可以进行电路交流侧输出电压的极大值和极小值还有就是相位，或者直接控制相关交流侧电流，就可以使相关电路释放出来相关无功电流，当然也可以吸收一部分多余的无功电流，这样就在某种意义上

11、来讲实现了动态无功补偿，也达到了相应的目的要求。2. 2.1电压源型的静止同步补偿器STATCoM电压源型STATCOM他主要讲的是一种直流电压然后他通过的事一个可祎控制的开关进行大小、频率都可以满足条件的动作的三相交流电压的装胃,其结构如图27,从图中我们可以看出来，他这个主电路是桥式电路它是由三个桥皆构成的，当然每个桥臂都有一个IGBT的管子和一个不是并联的二极管相互搭接构成。.IcUsU1.=jXIcUc图2T电压型STATCoM结构图这里主要就是通过讨论电压型STATCOM.他又主要以几个点平依照一个个台阶的形式组成一个阶梯的波样来靠近或者相像的Sin函数的波形图，这样的话他的谐波就相

12、当的少，我们对此就不需要考虑外加一个滤波电路，减少不必要的麻烦。当然在基于现有的电流型的捏便器他基本无法有效的消除谐波，主要是因为现在的半导体开关器件在一定程度上限制并阻碍了电流脉宽的调制波的相关频率f,所以这样肯定就会有一部分低价的谐波电流产生。所以,我们在实际采纳并使用的STATCOM基本都是采用的电压型的桥式电路，当然，我们关于本文中的先关补偿因素采用的是自己进行换相的电压型桥式电路作为可以变动的动态的无功补偿的装置。关于静止同步补偿器STATCOM他在非故障的情况下，他主要还是通过电力半导体的开关器件的连通以及断开来直接将直流一侧的电压换成交流侧的但是乂是和电网一样频率的输出电压，这样

13、也有效保障了电力电网正常电压，他这样看起来就像一个电压型的逆变器进行相应的工作。但是呢，他在交流侧的输出是坚决不可以接无源负载的，接的确实电网。我们只考虑基波相关频率时，他可以被我们当成是一个极值和相位都可以为我们所控制的的，因此，我们可以在一定程度上忽略他们的额外磨耗，这样我们的工作原理就可以当成是以卜的单相等效的电路图来表示.1.U1.j）c,.A1US1明令，3一.Us-|V；Ca）单相等效电路图b）电流超前C）电流滞后图2-2STATCOM单相等效电路图和1：作相量图（必须忽略损耗）针对2-2图中a图的MU他们主要分别表示电力电网中的电压还有就是静止同步未唯网中的电压还有能是静正河偿余

14、S的龄的的交流电困之间的虚，我着热基尔霍夫电压定律可以得到US=UC+U,。i则彳弋表我们的静止同步补偿器STATCoM从电网吸帧电流即峨蜥器的电流。在上图中。蹿三,我炯以看出来，将三纯电感的蜥器直接当成了纯崛，这#三就可以简单化不用考虑相关磨耗以及变换器长期工作而带来的损耗，这样也就不用考虑他从电网进行吸收能量了。在这种情况下，整个就更为简单了，我们仅仅需要做的就是让他们UC和公的相位保持高度的一致，这样我们就只需要将U。的幅值大小值进行相应的调整就好了，即他主要从静止同步补偿鹳TATOOM从电网一侧吸收的电流i的方向和大小。这里面我们也需要考虑连接电抗器的损耗还有和变流跳自身的磨耗，闭关一

15、些常动作的开关等，这里我们将这些磨耗全部放在一起进行相关的考虑，那么单相等效电路图和工作相量图就会涉及一定的变化，如图2-3所示：（八）单相等效电路图（b）电流超前（C）电流滞后图2-3STATCOM单相等效电路图和工作相做图（计及损耗）这里瞰们需要考虑的糜融的电压屿逆变器电卸。不同相的问题，他们之间存在一个差值为角度差6,当然这里连接的电抗的电玉就可以控制S个电流k的改变，静止同步补偿器STATCoM也腰从电网上吸收电流的大小以及相眨间的问题。顾一步就控制若静止同步补偿器STATCOM输出的的电压以及他们相对于电力电网系统的电压的相位6,这样也就可以有效地改变了电抗里的电流i,从而进一步的控

16、制若静止同步补偿器STATCOM他从电力电网的汲取的电流相关指数（相位和幅值等意义我们可以从工作图的限量:图上得出，其实就算电压v与电流i。仍相差90,而电网电压US与电流i的相差比90小6角，也丝本不会影响薛止同步补偿据STATCOM他从交流系统上吸收有功功率，还有可以有效的补偿内部的损耗，可以直接维持在直流电容上的电压。当然，在动态改变的过程中，我们可以改变角来强迫使逆变器内部的电容等完成相应的充放电过程，这样就顺带让电容上的电压发生了一定值得改变，所引发的一长串逆变器输出的电压幅值也发生变化。如果我们仅仅只是调节了m的电容电压的不变的话，交流输出的电值也会发生一定的变化。在这两种状态下，可以使静止同步补偿器STATCOM处于超前或者滞后的状态，这样也就可以发出或者吸收了无功功率，这样可以调节电容器的作用。