静止同步补偿器(STATCOM)技术的研究现状与发展
吴文辉;刘会金
【期刊名称】《华东交通大学学报》
【年(卷),期】2005(022)002
【摘要】静止同步补偿器(STATCOM)是目前用于电力系统中性能最好的无功补偿装置,是柔性交流输电系统的核心.综述了静止同步补偿器技术的发展现状,分析了静止同步补偿器的基本工作原理、类型、主电路结构、瞬时无功信号检测方法、控制策略,阐述了电流间接控制方法、电流直接控制方法和多电平逆变器的控制方法,并提出今后静止同步补偿器技术的发展趋势.
【总页数】6页(89-94)
【关键词】静止同步补偿器;无功补偿;多电平逆变器
【作者】吴文辉;刘会金
【作者单位】华东交通大学,电子与电气工程学院,江西,南昌,330013;武汉大学,电气工程学院,湖北,武汉,430072;武汉大学,电气工程学院,湖北,武汉,430072【正文语种】中文
【中图分类】TM761+.1
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1.静止同步补偿器(STATCOM)的应用与发展 [J], 刘晓; 陈晓宁; 高成; 朱瑞德
2.静止同步补偿器(STATCOM)原理及性能分析研究[J], 周雪松; 张书瑞; 马幼捷
3.带蓄电池储能装置的静止同步补偿器（STATCOM／BESS）的概况综述[J], 李宁宁; 纪延超; 王建赜; 刘一琦
ＱＮ４００Ａ型 静止同步补偿器Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ
目 录 １．概述－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－１ ２．Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ的定义－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－２ ３．电能质量对用电设备的影响－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－２ ４．Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ 的特点－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－３ ５．Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ的优势－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－３ ６．使用Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ实现的经济效益－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－５ ７．ＱＮ４００Ａ型Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ装置－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－５ ８．技术数据－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－６ ９．机械结构－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－６ 附录１：产品系列型号表－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－６
１．概述 本产品是北京宾德森系统工程有限责任公司和清华大学电机系联合开发的高科技产品，目前在国内外都处于领先地位。 本产品是应用柔性交流输电技术（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＡＣ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，简称ＦＡＣＴＳ）解决传统的无功补偿和常规的滤波装置不能有效地解决动态电能质量问题。 本产品适用于４００Ｖ以下配电系统，替代常规的无功补偿和滤除高次谐波装置，现在已被广泛的应用在石油、化工、电力、冶金、造纸、饮料等行业，也被广泛应用在楼宇、建筑、 民宅、商场、餐饮等服务设施。 主要特点： l可替代原来的电力补偿设备； l保护了现有的电力设备； l延长了电机、变频器等电力设备的寿命； l与原来的补偿设备相比，降低了电能的消耗。 各种电力补偿装置性能比较表： ＳＶＣ ＳＴＡＴＣＯＭ 电容器组 调谐电抗电容器组 谐波滤波器 电容器单体 加装限流电抗器 一般 ＴＳＣ 无源滤波器 有源滤波器 补偿无功 可以 可以 可以 可以 可以 可以 可以 可以 补偿无功响应时间 ２０￣４０ｍｓ １ｍｓ 稳定电压 可以 可以 可以 可以 可以 可以 可以 可以 避免涌流 不可以 可以 可以 可以 可以 可以 可以 可以 避免谐振 不可以 不可以 可以 可以 可以 可以 可以 可以 滤除谐波 不可以 不可以 滤除一小部分 滤除一小部分 可以 可以 可以 可以 抑制电压闪变 不可以 不可以 不可以 效果不明显 不可以 可以 可以 能力强 改善三相不平衡 不可以 不可以 不可以 可以 不可以 可以 可以 可以 补偿快速变化无功 不可以 不可以 不可以 可以 不可以 可以 可以 可以 提供一定有功功率 不可以 不可以 不可以 不可以 不可以 不可以 不可以 可以 ２．Ｄ－ＳＴＡＴＣＯＭ的定义
摘要 电能质量的问题，尤其是无功功率和谐波的问题，严重威胁着电网的安全运行。静止同步补偿器（STATCOM），作为新一代无功功率补偿装置，它与现有的静止无功补偿装置(SVC)相比，具有调节速度更快、运行范围更宽、吸收无功连续、谐波电流小、损耗低、所用电抗器和电容器容量及安装面积大为降低等优点，引起了国内外科研与工程领域的广泛关注。 论文通过对STATCOM的现状和发展趋势，无功的产生和影响，无功补偿的意义的分析，进行了STATCOM工作原理的研究，并建立了STATCOM的数学模型，采用基于瞬时无功功率理论的检测方法，选择合适的控制策略，在PSCAD/EMTDC环境下进行了仿真分析，得出仿真后的波形。仿真结果表明STATCOM能够对负荷进行快速地无功补偿，证实本模型算法的合理性、正确性，具有一定的参考价值。 关键词：无功补偿；静止同步补偿器；瞬时无功； PSCAD/EMTDC；
ABSTRACT The problem of electric energy quality menaces seriously the safe operation of power network, especially reactive power and harmonics. The static synchronous compensator (STATCOM), takes the new generation reactive power compensation system, it compares with existing static idle work compensation system (SVC), has the adjustable speed to be quicker, the movement scope to be wider, the absorption idle work, the harmonic current small, to lose continuously low, uses the reactor and the capacity of condenser and the erection space to reduce and so on merits greatly, has caused the domestic and foreign scientific research and the project domain widespread attention. The paper through to the STATCOM present situation and the trend of development, the idle work production and the influence, the idle work compensation's significance's analysis, has conducted the STATCOM principle of work research, and has established the STATCOM mathematical model, uses based on the instant reactive power theory examination method, chooses the appropriate control policy, has carried on the simulation analysis under the EMTDC/PSCAD environment, after obtaining the simulation profile. The simulation result indicated that STATCOM can shoulder carries on fast the idle work compensation, confirmed that this model algorithm's rationality, the accuracy, have certain reference value. Keywords: Reactive power compensation; STATCOM; Instantaneous reactive; PSCAD/EMTDC;
第43卷第18期电力系统保护与控制Vol.43 No.18 2015年9月16日 Power System Protection and Control Sep. 16, 2015 链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制策略 姚 钢1,2，方瑞丰1，李东东1，周荔丹2 (1.上海电力学院电气工程学院，上海 200090; 2.上海交通大学电气工程系，上海 200240) 摘要：直流侧电容电压平衡是链式静止同步补偿器安全稳定运行的前提。针对直流电容电压不平衡现象做出分析，提出了一种叠加有功电压矢量的直流电容电压平衡控制策略。通过上下层分层控制和叠加有功电压矢量调整控制信号，使得有功功率能按需分配以弥补各级联模块间损耗的差异。上层控制通过解耦实现总体有功、无功功率控制，下层控制通过叠加有功电压矢量实现电容电压平衡控制。该策略物理意义明确、算法简洁、与其他控制量无耦合。通过基于Matlab的时域仿真和实验证明了该策略的正确性、有效性和可行性。 关键词：静止同步补偿器；直流电容电压平衡；有功电压矢量叠加；分层控制；级联多电平 DC capacitor voltage balancing control of cascaded static synchronous compensator YAO Gang1, 2, FANG Ruifeng1, LI Dongdong1, ZHOU Lidan2 (1. College of Electrical Engineering, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China; 2. Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China) Abstract：DC capacitor voltage balance is the prerequisite for the safe and stable operation of static synchronous compensator (STATCOM). After analyzing the phenomenon of imbalance of DC capacitor voltage of cascaded static synchronous compensator, a method based on active power vector addition is presented to solve this problem. Through adding active power voltage vector and hierarchical control (the upper and the lower control), control signals can be adjusted and active power can be distributed on demands to supply the loss difference among the cascaded modules. The upper control realizes the whole active and reactive power control by decoupling, the lower control realizes voltage balancing control by adding active power voltage vector. The tactic is clear of physics meaning, simple of algorithm and few coupling among control signals. Simulation results based on Matlab/Simulink and experimental results verify that the presented tactic is correct, effective and workable. Key words：static synchronous compensator; DC capacitor voltage balancing control; active power voltage vector addition; hierarchical control; cascaded multilevel 中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2015)18-0023-08 0 引言 链式静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)是一种能够发出或吸收无功的并接在电网上的无功补偿装置，相对于传统的变压器多重化结构的STATCOM，由于具有无需变压器接入、占地面积小、可控性高、能冗余运行等优点而得到日益广泛的研究与应用[1-3]。 链式STATCOM直流侧电容彼此相互独立，每个模块间的串并联损耗、开关损耗、触发延时等又存在差异，致使链式STATCOM直流侧电容电压不平衡的问题，进而导致STATCOM输出电压畸变率变高。电压不平衡严重时还会威胁装置的安全运行，因此直流侧电容电压的平衡控制是STATCOM装置安全可靠运行的关键技术之一。 目前已有的直流电容电压控制策略可归为两类：一类是通过外部的平衡控制电路或称硬件策略来实现，另一类是通过自身的平衡控制算法或称软件策略来实现。硬件策略方面，文献[1]提出了基于交流母线能量交换的电容电压平衡方法；文献[2]提
多项选择题多项选择题，在下列每题的四个选项中，有两个或两个以上答案是正确的。 1、20世纪90年代初，我国确立的新能源发展政策包括（ A B D E ）。（答案在3页） A. 因地制宜 B. 多能互补 C. 节约能源 D. 综合利用 E. 讲求效益 2、关于风的形成，以下说法正确的是（ B C D E ）。(答案在84页) A. 地面各处上空空气稀薄程度存在差异 B. 地面各处受太阳辐照后气温变化不同 C. 空气中水蒸气的含量不同 D. 各地气压存在差异 E. 高压空气在水平方向向低压地区流动 3 、以下（ A B C D ）文件与减少碳排放相关。*（答案在21页）（此题答案不确定是否正确） A. 《里约宣言》 B. 《21世纪议程》 C. 《联合国气候变化框架公约》 D. 《京都议定书》 4、目前,在我国取得成功的生物农业技术大多具有（A B C E ）的特点。(答案在237页) A. 高技术含量 B. 高资源利用效率 C. 减少污染排放 D. 低经济附加值 E. 劳动密集型 5、并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生（C D ）等不良影响。（答案在48页） A. 电流不稳 B. 热能流失 C. 谐波污染 D. 孤岛效应 E. 维护成本高 6、海洋能的主要形式有（A B C）。(答案在34页) A. 潮汐 B. 波浪 C. 盐度梯度 D. 洋流 E. 辐射 7、发展新能源技术装备和产业体系建设措施有（A B C D ）。答案在（27——29页） A. 完善新能源产业链建设 B. 建立技术创新体系 C. 制定和健全新能源发电设备、并网等产品和技术标准 D. 建立完善的新能源产业监测体系 8、生物质发电主要包括（A B C D ）等。（答案在130页） A. 农林废弃物直接燃烧发电 B. 农林废弃物气化发电 C. 垃圾焚烧发电 D. 沼气发电 E. 页岩气发电 9、以下与可持续发展有关的文件是（A B C D ）*（答案在21页）（此题答案不确定是否正确） A. 《我们的未来》 B. 《里约宣言》 C. 《二十一世纪议程》 D. 《京都议定书》 E. 《赫尔辛基宣言》 10、杰里米·里夫金在其著作中总结了人类经济发展的历史,发现（A B C ）的出现与结合,预示着重大经济转型时代的来临。(答案早200页) A. 新型能源系统 B. 新型交通 C. 新型通信技术 D. 新型工业技术 E. 新型农业技术 11、生物质直接燃烧技术包括（A B C D ）。（答案在127页） A. 炉灶燃烧 B. 锅炉燃烧 C. 垃圾焚烧 D. 固体燃料燃烧 E. 气体燃烧 12、以下属于战略性新兴产业有（ A C ）。（答案在8页） A. 新能源 B. 计算机 C. 新能源汽车 D. 高铁 13、生物制氢过程可分为（B D ）。（答案在130页） A. 有氧光合制氢 B. 厌氧光合制氢 C. 有氧发酵制氢 D. 厌氧发酵制氢 E. 光合发酵制氢 14、太阳能热利用技术包括（A B C D ）。（答案在40页） A. 太阳能建筑 B. 太阳能热水器 C. 太阳灶 D. 阳光温室大棚 E. 光伏发电 15、采用实时电价的优缺点包括（B D ）。(答案在189页) A、. 形成市民可随意投资的电力市场B. 能够根据供电和用电的状况实时调整供需关系 C. 强制民众进行电能存储 D. 提高电力系统的防灾抗灾能力 E. 不能利用新能源 16、我国电网调度实现了基于“三华”电网统一模型的实时数据采集和展示,这里的三华是指（A B D ）。 （答案在183页） A. 华北 B. 华中 C. 华南 D. 华东 E. 华西 17、专业技术人员和企事业单位管理人员学习新能源知识重要性体现在（ A B C D ）。（答案在6页） A. 了解世界格局的新变化 B. 明确我国转变经济发展方式与调整产业结构的方向 C. 增加新能源领域的知识储备 D. 找到自身工作与新能源的结合点 18、我国新能源政策还存在问题包括（A B D E ）。（答案在23——24页） A. 统计报告及考核评价制度不健全 B. 具有核心竞争力的技术创新激励体系尚未形成 C. 国际能源合作日趋成熟 D. 新能源产业财税及投融资政策还没有体系化 E. 管理体系和市场机制不适应新能源规模化发展需要 19、我国光伏产业发展特点是（ A B C D ）。（答案在76——77页） A. 充分利用国内外市场要素，产业发展国际化程度高 B. 自主创新与引进吸收相结合，形成自主特色产业体系 C. 产业链上下游协同发展，推动光伏发电成本下降 D. 产业呈现集群化发展,有效提高区域竞争力
第29卷第30期中国电机工程学报 V ol.29 No.30 Oct. 25, 2009 2009年10月25日 Proceedings of the CSEE ?2009 Chin.Soc.for Elec.Eng. 7 文章编号：0258-8013 (2009) 30-0007-06 中图分类号：TM 46 文献标志码：A 学科分类号：470?40 链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制刘钊，刘邦银，段善旭，康勇，史晏军，陈仲伟 (华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074) DC Capacitor Voltage Balancing Control for Cascade Multilevel STATCOM LIU Zhao, LIU Bang-yin, DUAN Shan-xu, KANG Yong, SHI Yan-jun, CHEN Zhong-wei (College of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China) ABSTRACT: In order to balance DC capacitor voltage of cascade multilevel static synchronous compensator (STA TCOM), a novel method was proposed based on active power voltage vector superposition in hierarchical control structure. Decoupling control method was adopted to realize both active and reactive power control in the upper layer. The proposed balancing control was applied in the lower layer through adding an active power voltage vector paralleling with output current to the upper output control vector, so active power among homophase chains could be distributed and DC capacitor voltage balance could be achieved. Steady state operation area and operation region of the proposed control method were also analyzed. A prototype of three-phase 36-chain STATCOM had been developed to verify the theory analysis. KEY WORDS: static synchronous compensator(STA TCOM); cascade multilevel; DC capacitor voltage balance; hierarchical control; vector analysis 摘要：针对链式静止同步补偿器中直流电容电压平衡的问题，在分层控制架构的基础上，提出基于有功电压矢量叠加的平衡控制方法。上层通过解耦控制完成三相链接总的有功和无功控制；下层采用所提出的平衡控制，在上层输出的控制量上叠加一个与输出电流方向平行的有功电压矢量对同相链节间的有功进行分配，实现直流电容电压平衡控制。对直流电容电压平衡控制进行矢量分析，得到其稳定工作区域以及所提控制方法的物理意义和调控范围。研制了一台三相36个链节的物理样机，并在样机上进行了实验验证，证明了所提控制方法的有效性和可行性。 关键词：静止同步补偿器；级联多电平；直流电容电压平衡；分层控制；矢量分析 基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973项目)(2009CB 219701)。 The National Basic Research Program of China (973 Program) (2009CB219701). 0 引言 链式静止同步补偿器(static synchronous com- pensator，STATCOM)相对于传统的变压器多重化结构的STATCOM，具有无需多重化接入变压器、占地面积小、效率高、可实现分相控制和冗余运行等优点[1-5]，近年来得到了广泛研究和应用。 在链式STATCOM中，直流侧电容彼此独立，而每个链节的并联损耗、开关损耗、调制比和脉冲延时等又存在差异[1]，导致链式STATCOM存在直流侧电容电压不平衡的问题。直流电容电压不平衡会带来许多不利的影响，电容电压的不平衡会使STATCOM输出电压的谐波畸变率增大，当其不平衡度较大时，某些链节的电容电压会偏高，影响到装置的安全运行，严重时会导致系统崩溃[6]。 目前直流电容电压平衡控制有2类实现方式：一类是通过外部的平衡控制电路来实现[7-10]，另一类是通过自身的平衡控制算法来实现[4,6,11-13]。通过外部平衡控制电路的方法可以简化控制程序的算法，文献[8]提出了基于交流母线能量交换的直流电压平衡控制方法，让能量在各个逆变单元之间交换；文献[1]在此基础上又提出了基于直流母线能量交换的方法；上述方法均需要额外的硬件电路和控制系统，增加了系统的成本和复杂性，降低了系统的可靠性。利用自身的平衡控制算法实现直流电容电压平衡则不存在上述问题，其基本思想是采用分层控制的方法[4]，上层控制采用解耦控制[14-15]、非线性控制[16-18]、瞬时电流跟踪[19-20]等实现系统中总的有功和无功控制，下层通过平衡控制实现链节间有功的合理分配，保证直流电容电压平衡。文献[4,11-12]通过调节各单元逆变器的移相角来实现电压平衡，
毕业设计（论文） 开题报告 课题名称低压无功补偿控制器设计 系别 专业班 姓名 评分 导师（签名） 2011年5月6日 中国石油大学胜利学院
低压无功补偿控制器设计 开题报告 1国内外研究现状 早期的无功补偿装置为同步调相机和并联电容器。同步调相机可理解为专门用来产生无功功率的同步电机，可根据需要控制同步电机的励磁，使其工作在过励磁或欠励磁的状态下，从而发出大小不同的容性或感性无功功率，因此同步调相机可对系统无功进行动态补偿。但是它属于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，成本高，且响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。并联电容器简单经济，灵活方便，但其阻抗固定，不能跟踪负荷无功需求的变化即不能实现对无功功率的动态补偿。 随着电力电子技术的发展，近几年出现了多种电力系统无功补偿新技术。电力电子技术是无功补偿技术的基础，电力电子器件向快速、高电压、大功率发展，使采用电力电子器件的无功补偿从根本上改变了交流输电网过去基本只依靠机械型、慢速、间断及不精确的控制的局面，从而为交流输电网提供了空前快速、连续和精确的控制以及优化潮流功率的能力。随着电力电子器件的发展，无功补偿控制器在其性能和功能上也出现不同的发展阶段。无功补偿控制器己由基于SCR的静止无功补偿器（Static Var Compensator-SVC）、晶闸管控制串联电容补偿器（Thyristor Controlled Series Compensator-TCSC）发展到基于GTO的静止无功发生器（Static Var Generator-SVG）、静止同步串联补偿器（StaticSynchoronous Series Compensator-SSSC）、统一潮流控制器（Unified Power FlowController-UPFC）、可转换静止补偿器（Convertible Static Compensator-CSC）等。 （1）静止无功补偿器（SVC） 早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器（Saturated Reactor-SC）型，1967年英国GEC公司制成了全世界上第一批饱和电抗器型SVC。饱和电抗器与同步调相机相比，具有静止型的优点，响应速度快，但因其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，所以未能占据静止无功补偿装置的主流。由于使用晶闸管的SVC具有优良的性能，所以十多年来占据了静止无功补偿装置的主导地位。因此，SVC一般专指使用晶闸管的静补装置。
浅谈STATCOM技术的应用及发展现状 戚莹莹，吴江峰 西安理工大学自动化学院，陕西西安710048 摘要静止同步补偿器（STATCOM）是柔性交流输电系统的核心。详细分析了静止同步补偿器的基本工作原理、分类、元器件选择等，对静止同 步补偿器的控制方式进行了综合与比较，综述了静止同步补偿器的应用及 发展现状，并提出今后静止同步补偿器的发展趋势。 关键字静止同步补偿器；逆变器；控制方式 Abstract Keywords 1 概述 静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM ）是柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System，FACTS）的核心装置和核心技术之一。在此之前，又称ASVG、SVG、STATCON、ASVC，直至1995 年国际高压大电网会议与电力、电子工程师学会建议采用静止同步补偿器（STATCOM）[1]。 静止同步补偿器采用新一代的电力电子器件，如：门极可关断晶闸管（GTO），绝缘栅双极型晶体管（IGBT），集成门极换向晶闸管（IGCT），并且采用现代控制技术，其在电力系统中的作用是补偿无功，提高系统电压稳定性，改善系统性能。与传统的无功补偿装置相比，STATCOM 具有调节连续，谐波小，损耗低，运行范围宽，可靠性高，调节速度快等优点，自问世以来，便得到了广泛关注和飞速发展。 我国电力工业发展迅速，其需求将保持持续、快速的增长态势而且需求规模在增大，当前我国电力事业可靠性要求高、实用性强；经济效益突出；节能，环保、高效成为主要趋势。STATCOM 的广泛应用使得电力系统更加稳定高效，符合当今社会电力工程发展趋势。 2 STATCOM 的工作原理 2.1 基本工作原理 STATCOM大体上分为电压源型和电流源型，在实际应用中大多使用电压源型（采用电压型变
1 概述 静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）是柔性交流输电 系统（Flexible AC Transmission System，FACTS）的核心装置和核心技术之一。在此之前，又称ASVG、SVG、STATCON、ASVC，直至1995 年国际高压大电网会议与电力、电子工程师学会建议采用静止同步补偿器（STATCOM）。 静止同步补偿器采用新一代的电力电子器件，如：门极可关断晶闸管（GTO），绝 缘栅双极型晶体管（IGBT），集成门极换向晶闸管（IGCT），并且采用现代控制技术，其在电力系统中的作用是补偿无功，提高系统电压稳定性，改善系统性能。与传统的无功补偿装置相比，STATCOM 具有调节连续，谐波小，损耗低，运行范围宽，可靠性高，调节速度快等优点，自问世以来，便得到了广泛关注和飞速发展。 我国电力工业发展迅速，其需求将保持持续、快速的增长态势而且需求规模在增大，当前我国电力事业可靠性要求高、实用性强；经济效益突出；节能，环保、高效成为主要趋势。STATCOM的广泛应用使得电力系统更加稳定高效，符合当今社会电力工程发展 趋势。 2 STATCOM 的工作原理 2.1 基本工作原理 STATCOM大体上分为电压源型和电流源型，在实际应用中大多使用电压源型（采用 电压型变换器Voltage-sourced inverter，VSI）。图1 用以简单说明基于VSI的STATCOM的工作原理。 如图1 所示，STATCOM的主电路结构由直流侧大电容和基于电力电子器件的VSI 组成，通过连接电抗接入电力系统。图中，U1 是在理想情况下（即忽略线路及STATCOM 的损耗）将STATCOM的输出等效为一个可控电压源，US 是系统侧等效成的理 想电压源，且两者相位一致。当U1跃US时，从系统流向STATCOM 的电流相位超前系
基于静止同步补偿器的不平衡负荷补偿 发表时间：2019-03-13T11:39:33.407Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：张郝[导读] 摘要：分析了系统不平衡的产生和影响，建立了链式STATCOM的数学模型，设计了应用于不平衡工况下运行的STATCOM控制器，仿真验证了不平衡补偿的有效性。 （广州电力设计院有限公司广州 510610） 摘要：分析了系统不平衡的产生和影响，建立了链式STATCOM的数学模型，设计了应用于不平衡工况下运行的STATCOM控制器，仿真验证了不平衡补偿的有效性。 关键词：静止同步补偿器；数学模型；不平衡补偿；PSCAD/EMTDC 前言 随着电力工业技术的发展，电弧炉、整流器、变频调速装置、电气化铁路等非线性负荷的应用越来越广泛，影响电网电能质量。静止同步补偿器（STATCOM）技术是目前国内外研究的热点[1]-[5]，与传统无功补偿装置比较在运行范围、谐波、响应速度、占地面积等方面具有显著优势。本文首先介绍了不平衡负荷的特点，建立了链式STATCOM的数学模型，提出了一种应用于不平衡工况下的STATCOM控制方法，仿真验证了该控制方法的有效性。 1 系统不平衡的特点 1.1不平衡的产生 如果电网电压不满足三相电网电压幅值相同，A、B、C三相顺序相角相差120°且波形为正弦波述要求则为三相不平衡系统，其主要原因有不对称故障、三线系统参数不对称等因素[4]。 不平衡系统通常有三种情况，即系统电压不对称、负载不对称和运行不对称。当系统不对称时，负载电流就不对称，可以分解为正序分量和负序分量，负序电流会在发电机转子中感应出二倍频交流电流，引起机械振动、转子发热；负载不平衡主要是由于带单相负载或者系统三相带负载不同等；而当系统由于故障而处于非全相运行时，三相负荷严重不平衡，会产生大量的负序和零序分量。 1.2不平衡的影响 当三相系统不平衡运行时，其电压、电流中会产生大量负序分量，会对系统和电器设备产生不良影响，主要包括[5]：（1）负序电压会产生制动转矩，使感应电机的最大转矩和输出功率下降，并增加铜耗。（2）当变压器带不平衡负荷运行时，变压器得不到充分利用； （3）三相不平衡系统中的负序分量会导致当动作于负序电流的保护装置误动作，还会使一些负序启动元件对系统故障的灵敏度下降；（4）不平衡系统中的负序电流和零序电流还会产生附加功率损耗，加大线路损耗。由以上可知，不平衡工况将会对电力系统中各电器设备造成较大影响，必须采取有效措施对其进行抑制。 2 链式STATCOM数学模型的建立 2.1 链式STATCOM系统简介 链式STATCOM主要由三相链式逆变器构成。每一相逆变器由两个或多个单相全桥电路级联而成，总的输出为级联单元输出的迭加，三相逆变器经连接电抗器并入变电站母线。链式逆变器易于实现冗余和模块化生产，这可以大大提高装置可靠性。 2.2 链式STATCOM数学模型 以三相星形连接链式STATCOM为例，建立链式STATCOM数学模型。STATCOM通过连接电抗器接入系统，由于STATCOM三相各自独立，故只对其一相运行进行建模。其微分方程可以表示为： （1） 其中，N为级联H桥的单元数；为第个H桥上的直压；为逆变器电流；为电网相电压，V为其有效值；为 电网电压与系统电压的夹角；为第j个H桥逆变器的开关函数，如图1所示，当开关器件1，3导通时，；当开关器件2，4导通 时，。 图1 H桥单元结构示意图 通过傅里叶分析可以将直流电容电压分解为直流分量和交流分量之和，即 （2） 式中，为电容电压的直流分量，为电容电压交流分量。
电力自动化设备 Electric Power Automation Equipment Vol．35No．5May 2015 第35卷第5期2015年5月 0引言 静止同步补偿器STATCOM （STATic synchro -nous COMpensator ）是由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置，也是迄今为止性能最优越的无功补偿设备［1-5］。与常用的静止无功补偿器（SVC ）相比，STATCOM 响应速度更快、自适应能力更强、电压支撑效果更好，可为我国西电东送助力［6-7］。由于技术壁垒和贸易限制，国外最大容量的工程应用为美国Glenbrook 变电站±150Mvar 的STATCOM ，国内在2011年之前最大容量的应用为上海西郊变电站±50Mvar 的STATCOM ［8-9］。作为一种高新技术，国内外对于百兆乏级STATCOM 并入电网后的实际动态无功补偿策略和应用效果的介绍十分缺乏。 2011年8月在南方电网500kV 东莞变电站投运了世界上最大容量的STATCOM 装置，学术界和工程界对其控制保护RTDS 试验［10］、系统级控制策略［11］、 人工短路试验［12］、控制功能试验［13］等均有深入的研究。东莞站STATCOM 作为我国自主研发的，产、学、研应一体化的科技攻关项目，相关机构在功能设计、产品研制和试验测试等方面做了大量的研究 ［14-16］ 。 2013年南方电网STATCOM 一期推广工程中又新上3个±200Mvar 的STATCOM 装置，这标志着国产化大容量STATCOM 技术的成熟化，相关的运行数据也日趋丰富。 本文以2013年6月投运的南方电网STATCOM 一期推广工程中的500kV 水乡变电站（简称水乡站）STATCOM 装置为例，结合投运后半年的实际运行情况，介绍STATCOM 实际应用中最常用的稳态调压和暂态电压控制2种定电压控制策略，并结合STATCOM 的实际运行数据进行验证。文中所述均为实际工程数据，可为今后国内外相同工程实践提供借鉴。 1水乡站STATCOM 装置概况 水乡站STATCOM 装置电压等级为35kV ，稳态容量为2×（±100Mvar ），暂态容量为2×（±150Mvar ），由一台500kV ／35kV 专用变压器通过高压开关接至500kV 母线。STATCOM 装置共分为2组，分别通过35kV 381、382开关并联在8号主变低压侧，2组STATCOM 装置采用三角形接法，每一相由2个连接电抗器和27级功率模块串联的阀组集装箱组成。STATCOM 一次电气接线图如图1所示。 2STATCOM 控制原理 STATCOM 工作时通过电力半导体开关的通断 将直流侧电压转换成与交流侧电网同频率的输出电压，当仅考虑基波频率时，STATCOM 可以等效地被视为幅值和相位均可以控制与电网同频率的交流电压源。STATCOM 通过电抗器连接到电网上，无功的性质和大小靠调节电流来实现。 如图2、图3所示，设电网电压为U S ，STATCOM 输出的交流电压为U I ，则连接电抗X 上的电压U L 即为U I 和U S 的相量差，而连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。这个电流就是STATCOM 向电网输出的电流I 。如果未计及连接电抗器和变流器（功 收稿日期：2014-10-26；修回日期：2015-03-19 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划资助项目（2007BAA -10B02） Project supported by the Key Projects in the National Science &Technology Pillar Program during the 11th Five -Year Plan Period of China （2007BAA10B02） 摘要：结合南方电网±200Mvar 链式静止同步补偿器（STATCOM ）的应用实践，研究了大容量STATCOM 对电网电压的控制策略。基于STATCOM 装置的动态无功补偿原理，介绍了STATCOM 装置4种控制模式，指出正式运行时仅采用稳态调压和暂态电压控制2种模式，根据目标母线电压自动进行模式识别和切换。介绍了稳态调压控制基本参数的设计，分析了该模式下STATCOM 对电网电压的调节范围和效果。通过对电网故障的针对性分析，设计了STATCOM 暂态电压控制逻辑，指出近端故障时可进入零无功的主动闭锁状态。对比全日电网电压曲线和STATCOM 无功曲线，印证了STATCOM 稳态调压模式可跟踪电网电压进行实时调节。分析故障录波数据，验证了STATCOM 在电网故障时可在20ms 左右达到90%的最大暂态输出的设计要求。实践证实了所述的STATCOM 的电网电压控制策略的可行性和有效性。 关键词：STATCOM ；模式识别；稳态调压控制；暂态电压控制；无功补偿；电压控制；设计；应用效果中图分类号：TM 762；TM 714.3文献标识码：A DOI ：10.16081／j.issn.1006-6047.2015.05.005 ±２００Ｍｖａｒ静止同步补偿器的电网电压控制策略 刘锦宁，刘 洋，何伟斌 （广东电网有限责任公司东莞供电局，广东东莞523000）
1、前言 静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)，是目前最先进的无功补偿技术，近年来随着电力电子开关技术的进步而逐渐兴起。STATCOM 的原理是利用全控型大功率电力电子器件构成可控的电压源或电流源，使其输出电流超前或滞后系统电压90 ，从而对系统所需的无功进行动态补偿。早期有文献称之为静止无功发生器(Static Var Generator, SVG) 。利用电力电子变流器进行无功补偿的可能性虽然早在20 年前就已经为人们所认识，但限于当时电力电子器件的耐压和功率水平，无法制造出输电系统中具有实用价值的装置。直到近年来，尤其是高压大功率的门极可关断晶闸管GTO 的出现，才极大的推动了STATCOM 的开发和应用。STATCOM 是并联型FACTS 设备，它同基于可控电抗器和投切电容器的传统静止无功补偿器SVC 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。目前，世界上已有多台投入运行的大容量STATCOM 装置，如表1-1 所示。由此可见，目前为止国际上只有美、日、德、中、英等少数几个国家掌握了STATCOM 的应用开发技术。2006 年 2 月28 日，由上海电力公司、清华大学、许继集团公司等单位共同研制的±50Mvar STATCOM 在上海黄渡分区西郊变电站并网试运行。 表1-1 国内外已在输电系统投运的STATCOM 装置（UPFC 并联部分为STA TCOM） 表1-1 中除最后一项外，全部采用了变压器多重化的主电路方案，主电路拓扑为图1-1。变压器多重化方式可成倍增加装置容量并降低输出谐波。然而，多重化变压器的引入带来了很多问题：首先，它的价格非常昂贵，约为成本的1/3～1/4；其次，它使装置增加了50％左右的损耗和40％左右的占地面积；第三，变压器的铁磁非线性特性给控制器设计带来了很大的困难，同时也是引发装置故障的重要原因。如果能研究一种新的电路拓扑克服由多重化变压器带来的诸多不便，那么将引起大容量STATCOM 技术的一次大的飞跃。多电平变换器技术的引入正是这个关键技术的不二选择
2017年12月电工技术学报Vol.32 No. 24 第32卷第24期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Dec. 2017 DOI: 10.19595/https://www.doczj.com/doc/3f2309670.html,ki.1000-6753.tces.160583 链式静止同步补偿器自适应反步控制器 陈晓菊张杭张爱民王建华 （西安交通大学电气工程学院西安 710049） 摘要针对链式静止同步补偿器（STATCOM）系统非线性特性，提出一种链式STATCOM 自适应反步控制器。该控制器采用反步法的递归思想获得链式STATCOM的虚拟控制输入，并根据确定性等价原理设计系统的中间控制率，利用该中间控制率完成电压控制器设计。通过中间控制率和实际控制率的偏差量构造系统的李雅普诺夫方程，利用李雅普诺夫的渐近稳定性原理，获得能够保证链式STATCOM系统稳定的控制输入和系统参数的自适应率。实验结果进一步验证了所设计自适应反步控制器的正确性和有效性。 关键词：链式静止同步补偿器自适应反步控制器中间控制率李雅普诺夫方程自适应率 中图分类号：TM464 Adaptive Backstepping Controller of Cascaded Static Synchronous Compensator Chen Xiaoju Zhang Ηang Zhang Ai’min Wang Jianhua （School of Electrical Engineering Xi’an Jiao Tong University Xi’an 710049 China） Abstract Adaptive backstepping controller of cascaded static synchronous compensator (STATCOM) was proposed in this paper considering the nonlinear characteristic of cascaded STATCOM system. The controller obtained virtual control input of cascaded STATCOM by adopting the recursive idea of backstepping. It designed the system interim control rate according to the principle of certainty equivalence principle. Using the above system interim control rate, the design of voltage controller was completed and the Lyapunov equation of cascaded STATCOM system was set up. Using the Lyapunov asymptotic stability principle, the control inputs and adaptive rate of system parameters to ensure the stability of cascaded STATCOM were obtained. The correctness and effectiveness of adaptive backstepping controller was validated through experiments. Keywords：Cascaded static synchronous compensator, adaptive backstepping controller, interim control rate, Lyapunov equation, adaptive rate 0引言 静止同步补偿器（Static Synchronous Com- pensator, STATCOM）是柔性交流输电系统的重要组成部分，是静止无功补偿的发展方向[1-5]。在静止同步补偿器中，链式STATCOM是十分重要的一类。由于链式STATCOM采用H桥串联，因此其总输出电压及装置容量可以成倍提高，并且可以对每个链节采用相位偏移控制，从而使最终叠加而成的总输出电压谐波含量很小[6]。此外，链式连接方式有利于模块化和冗余设计，装置的可靠性将大大提高。链式结构另一个突出优点是可以单相独立控制，在电力系统三相不平衡时，装置仍可正常运行[7-9]。 链式STATCOM的控制策略是实现STATCOM 国家自然科学基金（51177126）和陕西省重大科技创新项目专项资金（2008ZKC01-09）资助项目。 收稿日期 2016-05-03 改稿日期 2016-7-21 万方数据