（电力系统及其自动化专业论文）基于igbt的静止式动态无功补偿器statcom的控制策略研究.pdf

s t u d yo n t h ec o n t r o ls t r a t e g i e so f i g b tb a s e ds t a t co m b y z h o ul i d a n ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i s s e r t a t i o ns u p e r v i s o r ：p r o f c h e nc h e n m a r c h ，2 0 0 6 一j卜 t j | 一 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：p o c 年弓月乙fe t _一、1 fjj，jil、 j1fj r i 1 f，j 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密囱，在玉年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文储繇同料 日期：沙口己年；月1 ，1 日 指导教师签名： f 毒f 7 电 1 日期：。加。| ) 年7 月2 1 日 - - - i 摘要 基于i g b t 的静止式动态无功补偿器 ( s 毗盯c o m ) 的控制策略研究 摘要 九十年代以来电力电子器件开始新的飞跃，从而电力电子技术在电力系统中的应用 柔性交流输电系统( h e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t e m - - f a c t s ) 技术得以大规模发 展，其中静止无功补偿器( s t a t i cc o m p e n s a t o r - - - s t a t c o m ) 是一类新型电力系统动态 无功补偿装置。 已有的s t a t c o m 大多采用门极可关断晶闸管g t o 作为功率转换元件，绝缘栅双 极晶体管i g b t 新型功率转换元件发展至今已经更适合于中等容量等级s t a t c o m 的 功能实现，本文专题研究基于i g b t 的配电网用s t a t c o m 装置。 本文完成了上海市教委重点学科项目“高级静止无功发生器( a d v a n c e ds t a t i cv a t g e n e r a t o r - - a s v g ) 的研究”，并进一步对电压型s t a t c o m 装置的控制策略进行了系 统而又全面的分析。专家鉴定认为该项目达到国际先进水平。 s t a t c o m 的控制方法可分为电流的间接控制和直接控制，这两种控制方法各有优 缺点，又各有其适用范围。其中间接电流控制策略将s t a t c o m 看作交流电源，通过控 制s t a t c o m 所产生的交流电压基波的相位来间接控制s t a t c o m 输出的电流，这种方 法一般采用脉冲幅值调制( p u l s ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ，p a m ) 方式，基于p a m 的控制 器控制变量只有一个，即逆变器输出电压与系统电压相位差6 ，逆变桥调制比m 始终 保持不变，通过暂态过程中直流电容的充放电改变逆变器的输出电压，适用于容量较大 的装置；电流直接控制策略就是采用跟踪型脉冲宽度调制( p u l s ew i d t hm o d u l a t i o n ， p w m ) 控制技术对电流的瞬时值进行反馈控制，基于p w m 的控制器同时调节相位差6 和调制比m ，保持直流侧电容上电压平均值基本不变，对比电流间接控制方法，直接电 流控制方法具有快速的瞬态响应，适用于开关频率较高的装置。 本文针对基于电压源逆变器( v o l t a g es o u r c ei n v e r t e r - - v s i ) 拓扑结构s t a t c o m 的 一般结构一一三相全桥结构的s t a t c o m 进行了数学建模。由于三相全桥结构 s t a t c o m 的丌关频率较高，本文应用电流直接控制策略进行无功电流的控制。并进行 了数字仿真。同时，针对滞环跟踪和三角波调制跟踪的不足，提出了鲁棒无差拍控制三 角波调制跟踪法进行电流控制，不仅具有响应速度快的特点，而且对参数变化、白噪声 上海交通大学博士学位论文 和周期噪声具有很强的鲁棒性。这种控制策略能实现对不对称系统的电流进行跟踪，这 个特点对经常处于不对称运行情况下的配电网尤为必要。 本文还针对基于单相曲折变压器四重化结构的s t a t c o m 进行了数学建模和仿真 研究。变压器多重叠加方式的开关频率不高，本文主要应用电流间接控制策略进行无功 功率控制。在数字仿真和物理模型实验中比较了比例积分( p i ) 控制、逆系统p i 控制、 逆系统积分分离p i 控制的控制效果。为了进一步提高s t a t c o m 的响应速度，提出了 基于1 6 工频周期的非线性目标跟踪结合p i 控制的控制策略，显著提高了s t a t c o m 的 响应速度，其有效性在数字仿真和物理模型实验中得到验证。此控制策略可用于较大容 量s t a t c o m 的设计。 在前述理论分析的基础上，和姚钢同学共同研制了基于单相变压器四重化曲折连接 结构的3 8 0 v 1 0 k v a ri g b t 型s t a t c o m 物理样机一台，触发脉冲分辨率为0 0 1 。， 对无功功率的动态响应时间约为3 0 m s ，对电压的动态响应时间约为4 0 m s 。有关基于 i g b t 的s t a t c o m 的拓扑研究由姚钢同学的论文详述。 本论文主要具有如下创新点： 1 、分析了滞环跟踪和三角波调制跟踪的缺点，提出了鲁棒无差拍控制三角波调 制跟踪法，进行电流控制，不仅具有速度快的特点，而且对参数变化、白噪 声和周期噪声具有很强的鲁棒性。这种控制策略也能实现对不对称系统的电 流进行跟踪。 2 、针对基于单相变压器多重化曲折连接结构的电压型s t a t c o m 装置，完成了 基于i g b t 的电压型s t a r c o m 的数学建模和数字仿真。 3 、根据电压型s t a t c o m 装置的运行特性，提出一种基于1 6 工频周期的非线 性目标跟踪结合p i 控制的控制策略，提高了装置的动态响应速度。 关键词：灵活交流输电系统( f a c t s ) ，静止式动态无功补偿器( s t a t c o m ) ，逆系统比 例积分( p 1 ) 控制，鲁棒无差拍控制三角波调制，电流控制，非线性目标跟踪。 s t u d yo n t h ec o n t r o l s t r a t e g i e s o fi g b tb a s e ds t a t c o m a b s t r a c t p o w e re l e c t r o n i cc o m p o n e n ti n n o v a t i o nh a sd e v e l o p e df o r w a r d s i n c e1 9 9 0 s t h e a p p l i c a t i o no fp o w e re l e c t r o n i ct e c h n i q u e s i np o w e rs y s t e m f l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o n s v s t e m ( f a c t s ) i sw i d e l ys t u d i e da l lo v e rt h ew o r l d s t a t i cc o m p e n s a t o r ( s t a t c o m ) i s a n o v e lt y p eo fp o w e rs y s t e md y n a m i cr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n m o s te x i s t i n gs t a t c o me q u i p m e n t si no p e r a t i o nc o n s i s to fg a t e - t u r n - o f ft h y r i s t o r f g t o ) h o w e v e r i n s u l a t e d g a t eb i p o l a rt r a n s i s t o r ( i g b t ) i sf u l l yd e v e l o p e d a sak i n do f b e t t e rc o m p o n e n tf o rs t a t c o mi nm e d i u mc a p a c i t y t h e t h e s i ss t u d i e si g b tb a s e d s t a t c o mm a i n l ya p p l i e di np o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m s s t u d vo ft h et h e s i si ss p o n s o r e db ys h a n g h a im i n i s t r yo fe d u c a t i o nu n d e rt h ep r o j e c t c c t h es t u d vo na d v a n c e ds t a t i cv a tg e n e r a t o r ( a s v g ) d e t a i l e ds i m u l a t i o na n a l y s i s a n d s t u d vo nt h ec o n t r o ls t r a t e g yo fv o l t a g es o u r c es t a t c o m d e v i c ea r ep r e s e n t e d t h ee x p e n s a p p r o v e dt h a tt h ei n t e r n a t i o n a la d v a n c e d t e c h n i c a ll e v e li sa c h i e v e d t h ec o n t r o ls t r a t e g yo fs t a t c o mi sd i s t i n g u i s h e db yt h ea p p r o a c ho fc u r r e n tc o n t r 0 1 b o t hd i r e c tc o n t r o l 锄di n d i r e c tc o n t r o lo ft h e c u r r e n th a v et h e i ro w i ia d v a n t a g e s a n d s h o r t c o m i n g s ，r e s p e c t i v e l y h o w e v e r , t h e ya r ea p p l i e di n d i f f e r e n tc a s e s i nc u r r e n tl n d l r c c t c o n t r o la p p r o a c hs t a t c o mi sc o n s i d e r e da s a l la cc u r r e n ts o u r c e ，a n dt h ec o n t r o li s i m p l e m e n t e db yc o n t r o l l i n gt h ep h a s es h i f to ft h ef u n d a m e n t a lp a r to fo u t p u ta c v o l t a g eo f s t a t c o m t h ep u l s ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ( p a m ) i so f t e na p p l i e d i nc u r r e n ti n d i r e c t c o n t r o la n dt h ec o n t r o lv a r i a b l ei st h ep h a s ed i f f e r e n c e 6b e t w e e ns y s t e mv o l t a g ea n dt h e o u t p u tv o l t a g eo fs t a t c o m ，w h i l et h er a t i o o fm o d u l a t i o nk e e p sc o n s t a n t t h eo u t p u t v o l t a g eo fs t a t c o mf o l l o w s t h ec h a r g eo rd i s c h a r g eo fd cc a p a c i t o r c u r r e n ti n d i r e c t c o n t r o li sa p p l i c a b l et os t a t c o m ，m o s t l yi nl a r g ec a p a b i l i t y c u r r e n t d i r e c tc o n t r o l i s i m p l e m e n t e db yt r a c k i n gp u l s ew i d t hm o d u l a t i o n ( p w m ) c o n t r o lt e c h n i q u e w h i c hf o 册s f e e d b a c kc o n t r o lt ot h ei n s t a n t a n e o u sc u r r e n t t h ec o n t r o l l e rb a s e do np w m r e g u l a t e st h e p h a s ed i f f e r e n c e 6b e t w e e nt h es y s t e mv o l t a g ea n d t h eo u t p u tv o l t a g eo fs t a t c o ma n da t 一- 一一一 i i i 上海交通大学博上学位论文 t h es a m et i m et h er a t i oo fm o d u l a t i o nk e e p st h ea v e r a g ev o l t a g eo fd cc a p a c i t o rc o n s t a n t i n c o m p a r i s o nw i t hc u r r e n ti n d i r e c tc o n t r o l ，c u r r e n td i r e c tc o n t r o lp o s s e s s e sf a s t e rd y n a m i c r e s p o n s e t h e r e f o r e ，t h es t a t c o m d e v i c ei sa p p l i c a b l ew i t hh i g h e rs w i t c h i n gf r e q u e n c y t h ep a p e rd i s c u s s e st h em a t h e m a t i c a ld y n a m i cm o d e l i n ga c c o r d i n gt ot h eg e n e r a l s t a t c o m t o p o l o g yb a s e d o nv o l t a g es o u r c ei n v e r t e r ( v s i ) s i n c et h es w i t c h i n gf r e q u e n c yi s h i g h ，c u r r e n td i r e c tc o n t r o li sa p p l i e dt oc o n t r o lr e a c t i v ec u r r e n ta n d t h ed i g i t a ls i m u l a t i o no f t h et h r e e p h a s ei n v e r t e rb r i d g es t a t c o mi ss t u d i e d m o r e o v e r , b e c a u s eo ft h es h o r t c o m i n g o fh y s t e r e s i st r a c k i n ga n dt r i a n g u l a rm o d u l a t i n gt r a c k i n g , t h ep a p e rp r o p o s e sar o b u s t d e a d b e a tc o n t r o lt r i a n g u l a rm o d u l a t i n gm e t h o dt oc o n t r o lt h ec u r r e n t t h i sm e t h o dn o to n l y p o s s e s s e sv e r yf a s tr e s p o n s e ，b u ta l s oi s r o b u s tt op a r a m e t e rc h a n g e s ，a l s ot h er a n d o mo r p e r i o d i cn o i s e t h es t r a t e g yi sa l s oa p p l i c a b l et ot h ec u r r e n tt r a c k i n gi nu n b a l a n c e ds y s t e m s t h i sc h a r a c t e r i s t i ci se s p e c i a l l yi m p o r t a n ti nt h ep o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e mo p e r a t i o n t h i sp a p e ra l s od i s c u s s e st h em a t h e m a t i c a ld y n a m i cm o d e l i n go ft h es t a t c o mw h i c h i sb u i l to nm u l t i p l ev o l t a g es o u r c ei n v e r t e r st e c h n i q u ew i t hs i n g l ep h a s et r a n s f o r m e r sz i g z a g c o n f i g u r a t i o n s i n c et h et r a n s f o r m e rz i g z a gc o n n e c t i o ni su s e d ，t h es w i t c h i n gf r e q u e n c yi sn o t v e r yh i g h t h e r e f o r e ，c u r r e n ti n d i r e c tc o n t r o li sa p p l i e di nt h ec a s e t h ed i g i t a ls i m u l a t i o na n d p r o t o t y p ee x p e r i m e n ta r es t u d i e d t h ec o n t r o le f f e c t so ft h ep r o p o r t i o na n di n t e g r a t i o n ( p i ) c o n t r o l ，i n v e r s e s y s t e m p ic o n t r o la n di n v e r s e s y s t e mi n t e g r a ls e p a r a t i n gp ic o n t r o la r e c o m p a r e d i no r d e rt oi m p r o v et h ed y n a m i cr e s p o n s eo ft h i st y p eo fs t a t c o m ，a e v e n f a s t e rc o n t r o ls t r a t e g y - - - - n o n l i n e a ro b j e c tt r a c k i n gc o m b i n e dw i t hp ic o n t r o li n1 6p e r i o do f t h ef u n d a m e n t a lf r e q u e n c yi sp r o p o s e d t h en o v e lc o n t r o ls t r a t e g y i sv e r i f i e db o t hb y s i m u l a t i o na n dp h y s i c a le x p e r i m e n t t h et h e o r ya n a l y s i sa n dl a be x p e r i m e n tr e s u l t sp r o v i d e t h e o r ya n dp r a c t i c ef o u n d a t i o nf o r t h ed e s i g na n do p e r a t i o no fb i gp o w e rs t a t c o m b a s e do nt h et h e o r ya n a l y s i s ，ap r o t o t y p eo f3 8 0 v 1 0 k v a rs t a t c o m b a s e do n m u l t i p l ev o l t a g e s o u r c ei n v e r t e r sw i t hs i n g l ep h a s et r a n s f o r m e r sz i g z a gc o n n e c t i o ni s p h y s i c a l l yd e v e l o p e dw i t hg a n gy a o t h er e s o l u t i o no fs w i t c h i n gp u l s e s i s0 0 1 。t h e r e s p o n dt i m et or e a c t i v ep o w e ri sa b o u t3 0m sa n dt h er e s p o n dt i m et ov o l t a g ei sa b o u t4 0 m s t h er e l a t e ds t u d yo ft o p o l o g yo fi g b tb a s e ds t a t c o mi se x p a n d e di nt h et h e s i so fg a n g y a o t h i st h e s i sh a st h ei n n o v a t i v ep o i n t sa sf o l l o w s ： 1 b a s e do nt h es h o r t c o m i n go fh y s t e r e s i st r a c k i n ga n dt r i a n g u l a rm o d u l a t i n gt r a c k i n g , t h ep a p e rp r o p o s e sar o b u s td e a d b e a tc o n t r o lt r i a n g u l a rm o d u l a t i n gm e t h o dt o c o n t r o lt h ec u r r e n t t h i sm e t h o dn o to n l yp o s s e s s e sv e r yf a s tr e s p o n s e ，b u ta l s oi s 1 v 卜 摘要 r o b u s tt op a r a m e t e rc h a n g e s ，a l s ot h er a n d o mo rp e r i o d i cn o i s e t h es t r a t e g yi sa l s o a p p l i c a b l et ot h ec u r r e n tt r a c k i n gi nu n b a l a n c e ds y s t e m s a c c o r d i n gt ot h em u l t i p l ev o l t a g es o u r c ei n v e r t e r st e c h n i q u es t a t c o m w i t hs i n g l e p h a s et r a n s f o r m e r sz i g z a gc o n n e c t i o n ，t h i st h e s i sp r e s e n t st h em a t h e m a t i cm o d e l i n g a n dd i g l t a ls i m u l a t i o no fi g b tb a s e dv o l t a g es o u r c es t a t c o m a c c o r d i n gt ot h eo p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fv o l t a g es o u r c es t a t c o m ，ae v e n f a s t e rc o n t r o ls t r a t e g y - - - - n o n l i n e a ro b j e c tt r a c k i n gc o m b i n e dw i t hp ic o n t r o li n1 6 p e r i o do ft h ef u n d a m e n t a lf r e q u e n c yi sp r o p o s e d ，w h i c hi m p r o v e st h ed y n a m i c r e s p o n s es p e e do fs t a t c o m k e yw o r d s ：f l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t e m ( f a c t s ) ，s t a t i cc o m p e n s a t o r ( s t a t c o m ) ， i n v e r s e - s y s t e mp r o p o r t i o n a l a n d i n t e g r a t i o n ( p i ) c o n t r o l ，r o b u s td e a d b e a t c o n t r o l t r i a n g u l a rm o d u l a t i n g ，c u r r e n tc o n t r o l ，n o n l i n e a ro b j e c tt r a c k i n g ：” v 上海交通人学博_ l 学位论文 目录 第一章引言1 1 1 课题的背景和意义1 1 2s t a t c o m 的发展现状3 1 3s 1 = f f 玎c o m 的应用现状4 1 4s t a t c o m 的控制5 1 5 三相瞬时值定义7 1 5 1 瞬时有功功率和瞬时无功功率定义7 1 5 2 瞬时电压、电流有效值定义8 1 5 3 瞬时负序定义9 1 6 本文的主要工作1 1 第二章基于三相全桥拓扑结构的s t a t c o m 的研究1 3 2 1 概述1 3 2 2三相全桥拓扑结构s t a r c o m 的数学建模。1 3 2 2 1 系统对称情况1 3 2 2 2 系统不对称情况1 5 2 3 三相全桥拓扑结构s t a t c o m 的控制策略1 7 2 3 1电流跟踪型p w m 技术1 8 2 3 2 鲁棒无差拍控制三角波调制法2 0 2 3 3 几种p w m 电流跟踪方法的比较2 8 2 3 4 直接电流控制策略3 3 2 4 三相全桥拓扑结构s t a t c o m 的不对称运行能力3 4 2 5 三相全桥拓扑结构s t a t c o m 的数字仿真结果3 6 2 6 ，j 、结4 0 第三章三相四重化结构s t a t c o m 装置建模及性能分析4 l 3 1概i 2 睦z 1 1 3 2三相四重化结构s t f 虹c o m 的数学模型4 2 3 2 1 单相逆变全桥的工作原理4 2 目录 3 2 2 基于变压器多重化结构s t a t c o m 工作原理4 3 3 2 3 基于变压器多重化结构s t a t c o m 的数学模型4 4 3 3 三相四重化结构s t a t c o m 装置的稳定性分析。4 6 3 4 三相四重化结构s t a t c o m 装置的动态特性分析4 8 3 5 三相四重化结构s t a t c o m 的运行性能分析4 9 3 6 三相四重化结构s t a t c o m 的安全运行区域5 0 3 7小结5 2 第四章三相四重化结构s t a t c o m 装置的控制策略5 3 4 】l概j i j 匿5 ：3 4 2s t a t c o m 中层控制策略研究5 4 4 2 1基于p a m 调制方式的传统p i 控制策略5 5 4 2 2基于p a m 调制方式的逆系统p i 控制策略5 5 4 2 3基于p a m 调制方式的逆系统积分分离p i 控制策略5 7 4 2 4基于1 6 工频周期的非线性目标跟踪结合p i 控制的控制策略。5 7 4 2 5s t f c 玎c o m 接入系统的控制策略6 1 4 3三相四重化结构i g b t 型s t a t c o m 控制策略数字仿真结果6 5 4 3 1恒无功控制仿真结果6 5 4 3 2恒电压控制仿真结果7 0 4 4 三相四重化结构i g b t 型s t a t c o m 控制策略的物理模型实验结果7 3 4 4 13 8 0 v - - - - 1 0 k v a rs t a t c o m 装置恒无功控制策略的物理模型实验结果7 3 4 4 23 8 0 v - - - - 1 0 k v a rs t a t c o m 装置恒电压控制策略的物理模型实验结果7 6 4 5三相四重化结构i g b t 型s t a t c o m 的不对称运行能力7 9 4 6j 、l 砉8 ( ) 第五章三相四重化结构s t a t c o m 装置的实现8 l 5 1 三相四重化结构s t a t c o m 装置的总体构成8 1 5 2 三相四重化结构s t a t c o m 控制系统的设计8 2 5 2 1 控制策略的设计一8 2 5 2 2 控制系统硬件平台的设计8 5 5 2 3 控制系统软件的设计8 6 5 3 三相四重化结构s t a t c o m 的实验结果8 8 上海交通人学博士学位论文 5 3 1 恒功率控制模式下的物理模型稳态实验。8 8 5 3 2 恒功率控制模式下的物理模型暂态实验9 0 5 3 2 恒电压控制模式下的物理模型暂态实验9 1 5 4 小结9 2 第六章结论 参考文献。 附录 致谢 攻读博士学位期间发表的论文及参加的科研项目 1 0 9 1 1 0 -一 ， 第一章绪论 1 1 课题的背景和意义 第一章绪论 现代电力系统是一个巨大的发、送、供大系统。我国将要形成以三峡系统为枢纽， 通过交流互联连接东北、华北、华中、西北、川渝和山东电网，地理跨度达数千公里的 链式交流电网，通过直流互联连接华中电网与华东、南方电网，从而实现了包含7 个大 区网、2 7 个省级电网和1 个国调直属送电系统的巨型电力系统。长距离西电东输，交直 流混合联网以及南北互供均会带来新的稳定问题，同时电力市场化也会带来新的安全风 险。特别是在能源供不应求的今天，长距离输电产生的电能损耗也是很大的问题。 过去几十年来，一些发达国家如美国、日本和法国等都曾发生过因电压失稳或功角 失稳引起的大面积停电事故【l 列。尤其2 0 0 3 年一年中，美国- 力拿大8 1 4 大停电、丹麦 瑞典大停电、意大利全国大停电等重大故障引起各国电力系统工作者对电网安全的高度 重视【3 j 。电力系统工作者已达成基本共识：提高电网的安全运行水平和电能质量，除了 需要构建合理的电网结构外，还必须有先进的调节控制手段。 针对大型互联电力系统存在的问题，n gh i n g o r a n i l 4 j 于1 9 8 6 年提出了柔性交流输 电系统( f l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t e m ，f a c t s ) 的概念，此后，又多次对f a c t s 概念进行了阐述【5 6 】。f a c t s 技术是“应用电力电子技术的最新发展成就以及现代控制 技术实现对交流输电系统参数，以至网络结构的灵活快速控制，以期实现输送功率的合 理分配，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统稳定性、可靠性”【7 j 。 在电力系统中，随着大城市和负荷中心用电密度的增加以及超高压远距离输电线的 采用，电力系统的稳定问题日益突出；此外，随着电力电子技术的发展及工业应用领域 的扩大，工业电弧炉、轧钢机、大型半导体变流装置等负荷设备日益增加，造成无功功 率变化剧烈，系统电压波动，电压电流波形污染。 因此，提高系统稳定性、提高电网的输送能力和抑制电压波动已成为电力系统的主 要问题。具有快速响应功能的无功补偿器可以起到提高系统稳定性、提高电网输送能力、 抑制系统振荡和动态过电压等作用，因此，容量大、响应速度快、调节连续灵活、经济 性好、维护方便的无功补偿设备的研制与开发对电力系统的发展具有重要意义。 随着电力电子技术和现代控制技术的迅猛发展，静止无功补偿装置如s v c 、 s t a t c o m 等近几十年得到了快速发展。 静止无功补偿器( s v c ) 是7 0 年代初期发展起来的新技术，它是一种利用电容器 和各种类型的电抗器组成的无功补偿装置，它依靠无触点开关来实现无功功率的平滑或 分档控制。它对调节负荷功率因数、减小无功电流引起的损耗，提高电网输送有功的能 力，稳定和平衡系统电压，消除流向系统的高次谐波电流，平衡三相负荷，减少配电网 对通信线路的干扰等都有独特的作用。将它装接于高压输电系统可用以控制长距离输电 上海交通大学博士学位论文 线路甩负荷、空载效应等引起的动态过电压，改善系统的暂态稳定性，抑制系统的无功 功率及电压振荡。 静止无功补偿( s v c ) 装置的主要型式有： a 、晶闸管控制电抗器( t h y r i s t o rc o n t r o l l e dr e a c t o 卜t c r ) 。 b 、晶闸管投切电容器( t h y r i s t o rs w i t c h e dc a p a c i t o r - - t s c ) 。 c 、两者的混合装置( t c r t s c ) 。 d 、晶闸管控制电抗器与固定电容器( f i x e dc a p a c i t o r ) 或机械投切电容器 ( m e c h a n i c a l l ys w i t c h e dc a p a c i t o r ) 混合使用的装置( 如t c r + f c 、t c r + m s c 等) 。 随着大功率门极可关断晶闸管( g t o ) 的出现，基于g t o 电压型逆变器的新型静 止无功发生器( a s v g ) ( 或称为静止式动态无功补偿器s 1 = a t c o m ) 进入实用阶段。 s 汀c o m 是由直流电源、逆变器和并网电抗器三部份构成，如图1 - 1 所示。s t a t c o m 与系统连接的等值电路图和稳态相量图如图1 2 所示。图中逆变器输出电压为u ，系统 母线电压为u 。，直流侧电压为u 。，并网电抗器x ，直流侧电流为i 。，直流侧电抗器为 l 出，交流侧电容器c 为滤波电容器，交流侧电流为，。 d c ：| ；o l 口c e i a w e l x e r h u l u c t o rp o w e rs y s t e m i 拐 互 现 朝 ：广、 ，”2 i 伞干 ，一、，、广，、 u l ( a ) 电压型s 1 a r c o m 装置原理图 h l v e l t e n h l d u c t o r p o w e l s y 姓e m ( b ) 电流型s 1 a t c o m 装置原理图 图1 1 s t a t c o m 基本拓扑结构原理图 f i g 1 - 1 t h eb a s i ct o p o l o g yo fs t a t c o m 第一章绪论 c u r r e n tl e a d i n g c u r r e n tl a g g i n g l k 业 u s - _ i - l l l - _ _ _ i l _ _ - - _ 盯蔼 图1 - 2s t a t c o m 的等效电路及矢量图 f i g 1 - 2 t h e e q u i v a l e n tc i r c u i ta n dv e c t o rg r