静止同步补偿器的设计与仿真设计.docx

1、目录1绪论31.1引言31.2本文研究背景及意义31.3电力系统静止无功补偿技术的种类及其各自的优缺点51.3.1并联电容器51.3.2 同步调相机(Synchronous Condcnser-SC)61.3.3饱和电抗器61.3.4 静止型无功补偿装置(Static Var Compensator-SVC)71.4 STATCOM研究现状和发展趋势9STATCOM的研究现状91.4.1 STATCOM的发展趋势111.5本文的研究内容II2STATCOM的工作原理及数学模型131.1 STATCOM的基本结构131.2 STATCOM的工作原理141.3 STATCOM装置的时域数学模型16

2、3无功功率的检测方法和STATCOM的控制策略193.1 无功功率检测方法193.1.1基于dq理论检测方法203.2 STATCOM装置的控制方法213.2.1直接电流控制223.2.2间接电流控制223.2.3电流间接与直接控制的比较234 STATCOM装置的无功补偿仿真研究254.1 仿真软件MATLAB/Simulink简介254.1.1 仿真软件 MATLAB/Simulink 的概括25第1页共32页是高压大功率的门极可关断晶闸管GTO的出息，才极大的推动了 STATCOM的开发和应用。 STATCOM是并联型FACTS设备，他同基于可控电抗器和投切电容器的传统静止无功补偿器 S

3、VC相比，性能上具有极大的优越性，越来越得到广泛的重视，必将取代SVC成为新一代 的无功电压控制设备。无功补偿的作用主要有以下几点：(1) 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗；稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线路合适的地点设置动 态无功补偿，还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力；(3)在电气化铁道等三相负我不平衡的场合，通过适当的无功补偿可平衡三相的有功 及无功负载。目前，世界上已有多台投入运行的STATCOMo其中，1986年美国的EPRI与西屋公司 等研制的IMvar STATCOM在纽约的Sspring Valley投入示范运行；1991年口

4、本的三菱 公司与关西电力公司共同研制的土80Mvar STATCOM在Tnuyama开关站投入154KV系统运 行；1992年东京电力分别与东芝公司日立公司开发的两台土50Mvar STATCOM在新信浓 电站投入使用；1995年美国的电力科学院EPRI、田纳西流域管理局TVA与西屋公司投入 了一台lOOMvar STATCOM； 1997由德国西门子公司开发研制的土8Mvar STATCOM在丹麦 Reisby Hede风场投入运行；目前为止世界上最大容量的STATCOM是美国AEP 潮流 控制器项目中的并联部分一一160Mvar STATCOM,已于1997年开始运行。到目前为止，国际上只

5、有美、日、德等少数几个发达国家掌握了 STATCOM的应用 开发技术。为了跟踪国际FACTS发展的前沿技术，同时也为了解决电网现有的问题，在原 国家电力部的支持下，河南省电力局于1994年决定投资开发20Mvar STATCOM,该项目 被列为原店里不的重大科技攻关项目。在项目合作方清华大学的积极配合下，作为中间 样机的一台土300kvar STATCOM于1996年11月通过了电力部组织的专家评审，1997年在 河南郑州的变电站进行了现场测试和试运行。20Mvar STATCOM于1999年3月在河南 洛阳220kv朝阳变电站并网成功，它己成为中国FACTS研究应用领域的一个里程碑，标志 着

6、我国成为国际上第四个拥有大容量STATCOM制造技术的国家，标志着中国FACTS技术 发展进入了一个新的阶段。1.4.2 STATCOM的发展趋势 近十多年来，世界范围内有关STATCOM的研究和应用有了长足的进步和发展，纵观近年 来建设的这些项目和投运装置，具有如下的发展趋势：(1) 更大容量如100Mvar-200Mvar的STATCOM主电路的研究。为了加强500kV网络的电压调节能力，对百兆乏级STATCOM的需求将更大，由于开 关元器件如IGBT, IGCT的单管容量限制，必须采用多重化连接或其他方式来增大装置容 量和提高装置的耐压水平，为此需要对更大容量STATCOM的主电路进行深

7、入研究。(2) STATCOM在异常状态下的行为及新的保护和监测系统的研究。由于STATCOM的最终目的是用于改善系统的稳定性，因此要求在系统异常情况下仍 安全、可靠地运行，并且提供所需的无功支持。但是当系统电压幅值、相位发生很大的突 变或系统电压存在较大的不平衡度时，STATCOM又可能出现过电流。目前采用的措施是 当系统异常导致装置发生过电流时，立即封锁脉冲以保证装置的安全，等系统电压变化趋 于缓和时再重新投入运行，因此为了加强STATCOM对系统电压变化的跟踪能力，充分发 挥它的作用，需要系统地研究STATCOM在异常情况下的行为及其相应的保护对策。另外 为了保证STATCOM在系统中的

8、可靠运行，还需加强对STATCOM的监测，尤其是遥控监测, 以便及时掌握装置的安全状态。(3) STATCOM布点优化规划、多个STATCOM协调控制与其他控制器综合控制研充。为了充分发挥STATCOM在系统中的作用，需要对STATCOM的装设地点进行优化，以 提高系统的性能投资比；另外，由于电力系统是个统一的、元件间相互耦合的整体，当 装设多个STATCOM时，则要求当系统发生故障时，各STATCOM装置以及其他装置除了要 维持自身的安全和稳定，还必须尽可能多地为全系统的安全和动态性能的改善做出贡 献，至少不恶化全系统的安全和动态性能，这样就需要研究多个STATCOM的协调控制以 及与其它控

9、制器的综合控制。1.5本文的研究内容STATCOM研究现状和发展趋势(1) 无功功率的产生和危害无功功率是为了建立交变磁场和感应磁通。主要危害有：引起线路电压损耗增大，使设 备及线路损耗增加和增加设备容量。(2) STATCOM的工作原理和数学模型STATCOM的控制策略和无功功率的检测方法 本论文采用了瞬时无功功率理论的检测方法，控制策略采用了间接电流控制。 基于METALAB的STATCOM仿真2 STATCOM的工作原理及数学模型2.1 STATCOM的基本结构statcom的基本工作原理是将电压型逆变桥电路直接或者通过电抗与公用电 网连接起来，然后通过调节逆变桥交流侧输出电压的相位和幅

10、值，或通过直接控制 交流侧电流，使逆变桥电路吸收或者发出需要的无功电流，达到动态无功补偿的目 的。，STATCOM的基本电路结构应该分为两种“即电压型桥式电路结构和电流型桥b ）采用电流桥式电路b ）采用电流桥式电路图2-1 STATCOM的电路基本结构对于电压型桥式电路，其直流侧以电容作为储能元件，将直流电压逆变为交流电压通过串联电抗并入电网，其中串联电抗起到阻尼过电流、滤除纹波的 作用：对于电流型桥式电路，其直流侧以电感作为储能元件，将直流电流逆变为交 流，纽流送入电网。并联于交流侧的电奔可以吸收换朽产牛的过电压。我们知道， 在平衡的三相系统中，二相瞬时功率的和是定的，在任何时刻都等于三相

11、总的有 功功率。因此总的看来，在三相系统的电源和负载之间没有无功劝率的往返，各 相的无功能兰是在三 相之问来回往返的。而STATCOM正是将三相的无功功率统一以来进行处理的，所以 理论上说，STATCOM的桥式变流电路的直流侧可以不设无功储能元件。但实际上由 于谐波的存在使得总体看来电源和STATCOM之间会有少许无功能量的往返。所以，为维持STATCOM的正常工作。其直流侧仍需一定人小的电容或甩感作为储能元件，但所需储能元件的容量远比 STATCOM所能提供的无功容量要小。而对传统 的SVC装置，其所需储能元件的容量至少要等于其所提供的无功功率的容量。因此 STATCOM中储能元件的体积和成

12、本比同容量的SVC要小的多。在实际运行中，由于电流型桥式电路效率较低，而且发生短路故障时危害比较大，所以迄今投入 实用的STATCOM人部采用电压型桥式电路，因此 STATCOM往往专指采用自换相的 电压型桥式电路作为动态无功补偿的装置。2.2 STATCOM的工作原理图2-2为STATCOM的原理示意图，其中直流侧为储能电容，为 STATCOM提供直流 电压支撑，逆变器通常由多个逆变桥串联或并联而成，其主要功能是将直流电压 变换为交流电压，而交流电压的大小、频率和相位可以通过控制逆变器中的可关 断器件（GTO、IGCT、IEGT等）的驱动脉冲进行控制。连接变压器将逆变器输出的 电影变换到系统

13、电压，EdUI连接变压 器UsI电力系统逆变器a）注入系统的电流超前（相当于电感）注的前于注的前于（相当于电容）统超当系流相感入电1电b）注入系统的电流滞后Us图2-2 STATCOM调节无功功率原理示意图从而使STATCOM装置可以并联到电力系统中。连接变压器本身的漏抗可以用 于限制电流，防止逆变器故障或系统故障时产生过大的电流。整个 STATCOM装置 相当于一个电压大小可以控制的电压源。设STATCOM装置产生的归算到系统侧的空载相电压U，系统相电压U ,连接电抗X,则STATCOM装置输出的电流为ISjX因此，STATCOM装置输出的单相视在功率为s=u i=u J*s s -jX通常

14、情况下，STATCOM装置只吸收很小的有功功率或不吸收有功功率，因此其产生 的电压U与系统电压U相位相同，因此STATCOM装置输出的单相无功功率为U-UU-U1SQ = Im(S)=Im(U urUs) = UrU s US jX X当控制STATCOM装置产生的电压小于系统电压即UU时，STATCOM装置向系统输 I S出的无功功率QU时，STATCOM装置向系统输出的无功功率Q0 ,此时STATCOM 1 S装置相当于电容。由于STATCOM装置产生的电压U的大小可以连续快速地控制，I因此STATCOM吸收的无功功率可以连续地由正到负进行快速调节。2.3 STATCOM装置的时域数学模型

15、%L R Ub 二相交流系统图2-3 STATCOM装置的原理接线图图2-3为STATCOM装置原理接线图，可利用输入输出建模方法来建立STATCOM装置 的数学模型，在见模之前先对STATCOM装置做如下假设:(1) 将STATCOM装置中各种损耗及电阻包括开关器件(如晶闸管、二极管等)的导通 电阻用等效电阻R表示，连接变压器阀侧至同步信号采样点的电感Lo(2) 由于STATCOM装置输出电压有多个单项桥输出电压叠加而成，谐波含量低，因此 只考虑STATCOM输出电压的基波分量而忽略谐波分量。基于上面的假定及将多个单相桥的输出电压u (t)按一定规律串联起来，取其基波, LR可以得出STAT

16、COM装置变流器总的输出电压为u = Ku sin(Dt-8) = l/ sin(wt-8)cadeIu = Ku sin(cot - 2k / 3 -8) = y2U sin( wt-2n/3-8)(2-2)cbdeIu = Ku sin(cot + 2n /3-8) =sin(ivt + 2ti / 3 -8)ccdeI其中K为比例系数，&为STATCOM输出电压与系统电压的夹角，为可控量。而系统 三相电压为u = y/2U sin(cot)sas(2-3)(2-3) w = yf2U sin(cot- 2n / 3) sbs|u = sin(cot+ 2k / 3)I SCS根据STAT

17、COM装置的原理图，可以列出STATCOM装置的a、b、c三相动态方程:1扑)()()()L = u t -u t - Ri tut cq saa(2-4)M)()()()C0S60deL J该数学模型为常系数微分方程，便于进行理论分析。按照瞬时功率理论，STATCOM装置注入系统的瞬时三相有功功率和无功功率为p(t) = u (0/ (0 + u (t)z (0d dq qq(t) = u (t)i (t) - u (t)i (t)uq=CuSQusb_0su0Usc 二uL 0因此有伽)=叮(。I =3无功功率的检测方法和STATCOM的控制策略3.1无功功率检测方法补偿装置对系统无功功率

18、的补偿效果很大程度上依赖于对系统电路瞬时值的检测， 谐波及无功电流实时检测的快速性、准确性及灵活性直接关系影响到其跟踪补偿特性。 因此，实时精确的检测方法对无功补偿的研究十分重要。目前提出的检测方法主要有以 下几种：(1)带通滤波器或陷波(带阻)滤波器：造价低，输出阻抗小；但当电网频率波动时，这 种方法的滤波效果差，不能直接检查出电流中的无功分量。(2) 基于Fryze时域分析的有功电流分离法：该方法有较大时延，实时性较差。(3) 基于频域分析的FFT分解法：该方法不仅有较大时延，实时性较差，且对高次谐 波的检测精度较差。(4) 自适应检测方法：基本上可以克服电源电压畸变和电网频率偏移对检测系

19、统的影 响，具有较好的自适应能力，但其存在动态响应慢的缺点，并对硬件的性能要求高。(5) 同步检测法：台湾学者ChenCL提出的同步检测法有等功率(PSD),等电流(CSD)、 等电阻(RSD)三种检测途径，可以实现对不平衡三相电力系统无功和谐波电流的实时检 测，但是无法分离出补偿电流中的无功电流和谐波电流。(6) 基于小波变换的检测方法：克服了傅立叶变换在频域完全局部化而在时域完全无 局部性的缺点。但该方法需要一个周期的电流信号，有带通滤波器的缺点，得到畸变电 流需要两次变换，计算量大。(6)基于瞬时无功功率理论的电流检测法：该方法可以在电网电压不对称或畸变的情 况下，仍能精确地分离出基波正

20、序瞬时无功电流和不对称及高次谐波瞬时无功功率电 流，并对它们进行有选择性的补偿或完全补偿。基于广义瞬时无功功率检测法以其快速 精确的优点成为目前研究的热点，亦成为补偿装置的首选检测方法。4.1 .2仿真软件MATLAB/Simulink的主要功能254.2 STATCOM的仿真26STATCOM的仿真的主接线264.2.2仿真波形及结果分析： 274.3本章小结295总结与展望305.1总结305. 2展望30参考文献31致谢33传统理论中的有功功率、无功功率、有功电流、无功电流都是在平均值或相量的意 义上定义的，它们只适用于电压、电流均为正弦波时的情况。而瞬时无功功率理论中的 概念都是在瞬时

21、值的基础上定义的，它不仅适用于正弦波，也适用于非正弦和任何过渡 过程的情况。瞬时无功功率理论，即“d-q”理论，是8()年代由日本学者赤木泰文提出 来的，它使得电力有源滤波器的研究走出了实验室，在工业中得到了应用。但是，它只 适用于三相电压正弦、对称的情况下的三相电路高次谐波和基波无功电流的检测。随着 时间的推移，这一理论得到了发展、完善。在90年代，西安交通大学王兆安教授等提 出了 “d-q”理论，该理论所提的检测方法解决了三相电压非正弦、非对称情况下三相 电路高次谐波和基波负序电流的准确测量，该方法也能准确检测三相电压非正弦情况下 三相电路基波无功电流。3.1.1基于dq理论检测方法dq变

22、换，即Park变换，是一种根据双反应原理将参考坐标自旋转电机的定子侧转换到转子侧上的坐标变换。基于dq变换的检测算法可以确定瞬时电压的有效 值，得到了广泛的应用。其变换公式如式为 =0 u u 0a b c反变换为：u u = D-ua b cL d其中cos(cof)-sin(cot)cos(cot-120o)-sin(ot-120)%cos(cot +120()-sin(ot+ 12Oo)Xcos(cot)cos(cot)D- = /2 cos(cot-12()o)|_cos(Dt +120)-sin(cot)-sin(cot-12()e)一 sin(cot + 120()这种变换存在变换

23、前后电磁功率不守恒的缺点，为使变换前后功率守恒，其变换 矩阵应为正交矩阵。变换矩阵为:COS(CDt)-sin(ot)%COS(CDt-12()o)-sin(cot-120o)cos例+ 120。)-sin(cot+120o)/2l cos(o)QD- = /2 cos(cot-lzOo)|_cos(o)t + 120o)33 3-sin(a)t)-sin(cot-lzOo)-sin(ot + 120o)1/2D-1 = Dr o其中E为同步旋转角，由锁相环（PLL）电路捕获，能实时跟踪电网 3333基波正序分量频率的变化；：i、 i i为负载三相电流;i , i分别是三相电流经同 a b c

24、d q步坐标变换后的d轴分量和q轴分量该方法根据瞬时无功功率理论算出i , id经低通滤波器（LPF得到i , i的直流分量厂和匚 厂，经有和变换即可计 d qd q d q 33333.2 STATCOM装置的控制方法按不同的功能和要求，STATCOM的控制从控制策略上讲，有三种基本结构:开环控 制、闭环控制或者两者结合的复合控制.按照控制技术来分，主要包括P控制、PI控制、 逆系统PI控制、微分几何控制、非线性鲁棒控制、模糊控制、递归神经网络自适应控 制等等.根据控制物理量，由无功电流参考值调节STATCOM产生所需无功电流的具体 控制方法，可以分为直接电流控制和间接电流控制两大类.3.2

25、.1直接电流控制所谓直接电流控制，就是采用跟踪型PWM控制技术对电流波形的瞬时值进行反馈 控制，直接指令电流的发生。图3. 2给出了引入d-q分解法的电流直接控制方法。这种 控制方法中，以瞬时电流无功分量的参考值为主，或者瞬时电流无功分量的参考值由滞 后电源电压90的正弦波与无功电流参考值相乘，再与瞬时电流有功分量的参考值相加 得到;根据STATCOM对有功能量的需求，对啊的相位进行修正来得到总的瞬时电流参 考值七。跟踪型PWM控制技术采用了三角波比较方式，也可采用滞环比较方式。由于 直接电流控制法是对电流瞬时值的跟踪控制，要求主电路中电力半导体开关器件有较高 的开关频率，对于大功率STATC

26、OM场合，这种方法有很大的局限性，适用于中小容量 的STATCOM的控制.图3.2采用dq变换的直接电流控制原理框图3.2.2间接电流控制所谓间接电流控制，是通过STATCOM逆变器所产生交流电压基波的相位和幅值， 来间接控制STATCOM的交流侧电流。如图3.3所示，采用了STATCOM吸收的无功和 有功的反馈控制，采用d-q分解法检测STATCOM吸收的无功和有功电流，直流电压的 反馈控制，且直流电压调节器的输出作为有功电流的参考值。间接电流控制方法多应用 于较大容量STATCOMo大容量的系统，由于开关频率的降低，输出的电压会产生大量 的谐波并降低直流电压的利用率，为了减少谐波，可以采用

27、多重化、多电平或者采用 PWM控制技术。3.2.3电流间接与直接控制的比较以上是STATCOM的两类控制方法，即电流的间接控制和电流的直接控制。电流间 接与直接控制具有各自的特点，归纳起来有如下几个方面：(1) 电流的间接控制方法相对简单，技术相对成熟;但直接控制与间接控制相比，控制 精度高，系统具有快速的瞬态响应。由于瞬时反馈的引入，控制系统对直流侧电压和交 流侧电网电压波动迅速作出反应，保持输出电流跟随参考值。(2) 直接控制比间接控制的系统稳定性高。电感的电流控制环是一阶系统，无条件稳 定。(3) 直接控制可抑制负序引起的不良影响。电网负序电压存在时，因为无功电流指令 是先用“abc-

28、dq”变换到瞬时无功电流%,再通过“dq- ab*逆变换为三相电流，无功 电流对称，流入直流侧电流脉动小，电压脉动也小;另外，电流直接控制对相位的检测精 度要求不高，这点与间接控制不同，这一优点给控制器的实现带来很大的方便。(4) 直接控制对电力半导体器件开关频率要求高，它适用于较小容量STATCOM的控 制;而间接控制适用于较大容量STATCOM控制，但由于容量大，受电力半导体开关器 件频率限制，一般无法像直接控制方法那样对电流波形进行跟踪控制。(5) 采用直接控制的大容量STATCOM可采用多个变流器多重化联结、多电平或PWM 控制技术来减小谐波。采用电流PWM跟踪控制的直接控制方法，ST

29、ATCOM输出电流 中的谐波含量少。(6) STATCOM采用电流直接控制方法后，其响应速度和控制精度将比间接控制法有 很大的提高，在这种控制方法下，STATCOM实际上己经相当于一个受控的电流源，但 直接控制法由于是对电流瞬时值的跟踪控制，因而要求主电路电力半导体器件有较高的 开关频率，这对于大容量的STATCOM目前是难以做到的。(7) 在工程实际应用中，电流直接控制方法中的脉宽调制信号的产生方法用的最多的 是滞环控制法和三角波比较法，而三角波比较法更多的用于连续时域控制，滞环控制法 及改进的滞环控制法则更适合于数字化控制应用。空间矢量法适合用于三相对称正弦系 统，否则由于计算量大和需要增

30、加滤波环节来检测基波元功电流，影响控制效果。4 STATCOM装置的无功补偿仿真研究4.1仿真软件MATLAB/Simulink简介4.1.1仿真软件MATLAB/Simulink的概括Simulink是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包，是基于框图的 仿真平台。Simulink挂接在MATLAB环境匕以MATLAB的强大计算功能为基础，利用直 观的模块框图进行仿真和计算。Simulink提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内 容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大的便利。Simulink最初是为仿真控制系统而建立的工具箱，在使用中易编程、易扩展，并且可 以解决在使用MA

31、TLAB过程中遇到的非线性、变系数等问题。它能够进行连续系统和离散 系统的仿真，也能够进行线性和非线性系统仿真，并且支持多种采样频率系统的仿真， 使不同的系统能以不同的采样频率组合，这样就可以仿真较大、较复杂的系统。因此， 不同的科学领域根据自己的仿真要求，以MATLAB为基础，开发了大量的专用仿真程序， 并把这些程序以模块的形式放入Simulink中形成模块库。Simulink的模块库就是在 MATLAB的基础语言上编写的子程序集。现在Simulink模块库有3级树状的子目录，在一 级目录下包含了 Simulink最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容，之后 开发的信号处理工具(DS

32、P Block)、通信系统工具箱(Comm)等也并行列入模块库的一 级子目录，逐级打开模块库浏览器(Simulink Library Browser)的目录，就可以看到 这些模块。在Simulink也包含了电力系统模块库(Power System Block),该模块库主要由加 拿大HydroQuebec和TECSTM International公司共同开发。该模块可以方便的进行RLC 电路、电力电子电路、电力系统和电机控制系统模块的仿真。本人即在(Power System Block)模块下进行的静止同步补偿器的仿真。4.1 .2仿真软件MATLAB/Simulink的主要功能(1) 此高级

33、语言可用于技术计算（2）此开发环境可对代码、文件和数据进行管理（3）交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题（4）数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等（5）二维和三维图形函数可用于可视化数据（6）各种工具可用于构建自定义的图形用户界面（7）各种函数可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言（如C、C+、Fortran、 Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成4.2 STATCOM 的仿真4.2.1 STATCOM的仿真的主接线在第二章中，通过对STATCOM的原理分析中，利用MATLAB/Simulink中Power System

34、Blockset模块，里面含有电源、元器件等众多模块库，可以进行电力系统方面的建模 仿真。下图即为在间接控制策略下的STATCOM系统仿真总图。图4-1 STATCOM采用电流间接控制时系统仿真图当STATCOM采用电流间接控制策略时，其工作原理是根据负荷无功功率的大小调整 *卜偿角6 ,间接控制STATCOM 交流侧的电流和输出电流，实现对接入点处负荷的无功功率进行完全 补偿，从而使功率因数达到1.模块中三相可编程电源代替无穷大系统，设定线电压有效值无38OV频 率50Hz,恒定负载等效阻抗每项， = 10Q , L = 0.02H STATCOM主电路包括控制开关、三厢 脉冲发生器以及电压

35、源型变流器。其中无功检测电路模块图：图42无功检测仿真模块图4.2.2仿真波形及结果分析:图4-3 STATCOM投入运行后系统功率因数变化曲线由变化曲线可以看出，STATCOM投入运行后，经过5个周期后的暂态振荡过程，系统功率因 数维持在1附近，所以STATCOM得投入大大的提高了系统的功率因数图4-4补偿前后电压电流相位对比由图4-4可知，在补偿前电压超前电流角，经过补偿后两者完全同相位，实现了补偿效果。 其中红色为电压波形，黄色为电流波形。下图所示的是STATCOM投入运行后的再STATCOM交流侧的A相电压和A相电流波形图：a)投入STATCOMA相电压波形b)STATCOM A相电流

36、波形图4-5 STATCOM交流侧A相电压与A相电流波形图可以看出，经过短暂的震荡之后，STATCOM开始吸收稳定的容性电流，为系统提供动态无功功 率补偿。b) 补偿后系统A相电流波形图4-6系统A相电压与补偿前后系统A相电流波形比较4.3本章小会吉本章STATCO.M仿真模型主电路有四大部分构成，由电力系统、主电路、控制电路和 检测电路组成，控制电路采用间接电流控制的控制方法，该控制方法能正确、快速地补偿 负荷所需的无功。STATCOM在很大程度上能抑制电压波动及电压暂降，跟踪补偿特性良 好。通过采用电力系统仿真软件MATLAB/Simulink分析STATCOM对负荷进行无功补偿的 过程。

37、1绪论1.1引言静止无功补偿器(STATCOM)是柔性交流输电系统(FACTS)的一个重要组成部分，是静 止无功补偿的发展近年来在世界各地都得到了广泛的应用。河南省电力公司通过与清华 大学合作，成功研制出国内第一台土300kvar STATCOM工业样机和土20Mvar STATCOM, 标志着我国这一领域的工业应用研究处于世界先进水平。随着电力系统中非线性用电设 备，尤其是电力电子装置日益广泛的应用，电力系统中的谐波与无功功率也越来越严重， 而大多数电力电子装置功率因数较低，给电网带来了额外的负担，严重影响供电质量。 因此，谐波抑制和无功功率补偿己成为电力电子技术和电力系统等领域面临的一个重

38、大课 题，引起人们越来越多的关注，因此如何更好、更有效、更优化的对无功功率进行补偿是 摆在电力工作者面前亟待解决的问题。1.2本文研究背景及意义由于我国经济发张不平衡，一次能源地理分布不均，因此我国电力发展的基本国 策为：“全国联网，西电东送，南北互供，厂网分开”。随着各省主干电网网架、大 区主干网架和受端网架不断地加强及完善以及三峡电站各批机组逐步并网发 电，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，但它面临着以下问题：(1) 我国一次能源地理分布不均，电源建设所需的煤和水力资源主要在西部， 为满足东部发达地区不断增长的电力需求，需要通过长距离输电线将大量

39、的电能 送到东部的负荷中心如北京、上海和广东地区。输送的功率达到1.2-1. 5亿KW输送如此大的功率需要建设多条远距离输电线，由于我国地形复杂，建设输电线的 造价高昂，因此有效地减少输电线的输送容量。实际上输电线输送容量主要受稳 定性的限制，包括：静稳极限；暂稳极限；电压稳定性；热稳定性。对于长距离5总结与展望5. 1总结在本次的设计中首先分析了无功补偿在电力系统中的危害及无功功率补偿的重要意 义，以及STATCOM在改善电能质量中的具体作用，主要分为两个方面:提高系统功率因数 和调节系统电压。在对STATCOM基础理论，包括工作原理、主电路结构、无功功率的检 测方法和控制策略等详细分析和研

40、究的基础上，选择了适合于电力系统STATCOM的电路 结构及控制策略，建立了STATCOM的数学模型，确定了电路中参数的取值，并通过仿真来 检测实际效果。5. 2展望目前，STATCOM技术的研究开发仍具有相当大的难度，但STATCOM的优势是十分的明 显的，响应速度快，产生的高次谐波量小、分布少，所以从长远看STATCOM装置有很大的 技术经济效益和发展空间。由于本人水平有限，时间仓促，使得有些工作做的不足，还需要 进一步改善。主要表现在以下儿个方面：1. 本课题研究主要是围绕三相平衡的系统来研究。但是实际情况下更多的是三相不 平衡系统。所以要从三相不平衡特性出发，考虑采用分相控制来补偿不对

41、称负载。2. 对系统参数进行优化。提高系统功率，做较大容量的STATCOM装置。本论文主要 对STATCOM进行了理论分析级仿真研究，并进行了部分实验工作，希望以后早日实现 STATCOM从实验室到现场投运这关键的一步。3. 提高STATCOM的动态补偿速度和补偿精度，让其能够更有效地投入到电力系统的 应用中，能够应用在更广泛的领域中，更多地为电力行业带来方便。我国与世界上的发达国家相比较，STATCOM技术存在相当大的差距，因此在我国大 力推广无功补偿技术尤为迫切。这为进一步发展结合电力电子技术的无功补偿设备提供了 广阔的空间和良好的契机。相信STATCOM必将有更好的实际应用和发展前景。参

42、考文献1 、罗承廉，纪勇，罗遵义。静止同步补偿器6TATC0M)的原理与实现国中国电 力出版社出版2 、于群，曹娜编著。MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真M机械工业出版社 出版3 、粟时平，刘桂英.电力系统无功功率静止无功补偿技术国.北京：中国电力出 版社，2007,4 中国矿业大学伍小杰，李明等编著.电力电子技术.徐州：中国矿业大学 出版社5 王兆安，刘进军.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2011,1.6 张德丰.MATLAB Simulink建模与仿真M.北京：电子工业出版社，2009, 6.7 张军利.单周控制DSTATC0M的建模及实现J.陕西理工学院学报：自然科

43、学 版,2009, 25(1) :22-26, 30.8 Bostjan Blazic, Igor Papic. Improved D-Statcom control for operation with unbalanced currents and voltages J. TEEE Trans, on Power Delivery , 2006, 21 (1): 225-223.9 唐杰，邓志勇，杨志红.状态PI调节器在D-STATC0M双闭环控制中的应用J. 中南大学学报(自然科学版),2010, 41 (6)： 2282-2287.10 Freitas W, Morelato A, X

44、u W, et al. Impacts of AC generators and DSTATCOM devices on the dynamic performance of distribution system J. IEEE Tran on Power Delivery, 2005, 20(2): 1493-1501.11 李维波.MATLAB在电气工程中的应用M.北京：中国电力出版社，2009, 112 陈东华，谢少军，周波。用于有源电力滤波器谐波和无功电流的一种改进同步 参考坐标法J.中国电机工程学报。13 张桂斌，豫政，王广柱.基于空间矢量的基波正序、负序分量及谐波分量的实静止同步

45、补偿器的设计与仿真静止同步补偿器的设计与仿真时检测方法J.中国电机工程学报。14 L .Gyngyi, N. G. Hingorani, P . R. Naunery, N. Tai. Advanced Static Var Compensatorusing utility applicationso Paris. Gate Aug. turn-off thyristor for 1990. 19820315 C . D . Schauder, H. Mehta. Vector analysis and control of advanced static Var compensators.

46、IEEE Proceedings-C, 1993.140(4).16 E . V . Lasern, and D. H. Backer, Basic aspects of applying SVC to series compensated AC transmission lines, IEEE Transactions on power Delivery, Vol. 5, July 1990.致谢本设计的研究工作在经过长达十多周的时间以及刘桂英老师的悉心指导下指导 完成。回顾过去，从STATCOM的设计到仿真也凝聚了老师、同学以及亲友的关怀和帮助。首先我要向我的导师刘桂英教授表示衷心的感谢和

47、崇高的敬意。本文是在导师辛勤 指导下完成的，这段时间以来，刘老师渊博的知识、严谨的治学精神、勤恳的工作作风、是 我一生学习的楷模。刘老师不仅教给了我电力电子方面的专业知识，还交给了我做人以 及做事的态度，让我全面发展。师恩永恒，终生难忘。感谢和我一起生活四年的室友，是你们让我们的寝室充满快乐与温馨，楚楚的善良、 劳辉的执着、玲玲的果断、雁玲的勤奋和苗苗的理性，值得我学习。“君子和而不同”， 我们正是如此！愿我们以后的人生都可以充实、多彩与快乐。感谢我的家人一一我的父母、妹妹和弟弟。没有你们，就不会有今天的我！感谢你 们对我毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的

48、毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指 导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致 谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包 含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说 明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名： B期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的 规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学 校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览 服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保

49、存论文；在不 以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期：本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。作者签名:日期：年 月 日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。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内

50、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。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年 月 日导师签名：日期：年 月 日时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的 取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本 次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。 经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作 作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很

51、多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮 助，我将无法顺利完成这次设计。首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了 我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭 谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了 许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我 学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续 奋斗的力量。另外，我还要感谢大学

52、四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活, 让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默 支持，我将无法顺利完成今天的学业。致谢四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这 里走出，对我的人生来说，将是路上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲， 对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的

53、最 美好的记忆。在我的十儿年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创 造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后，我要特别感谢我的导师刘望蜀老师、和研究生助教吴子仪老师。是他们在我毕业的最后关 头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负 责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中, 都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢 他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文 能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。输电线来说