静止同步补偿器的研究与仿真

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1、目 录摘要.1前言.21 STATCOM 的研究意义及现状.21.1 研究目的和意义 .21.2 无功补偿的作用及发展 .51.3 国内外对于 STATCOM 的研究现状 .81.4 STATCOM 主要优点 .82 STATCOM 的原理.102.1 STATCOM 的基本原理 .102.2 STATCOM 的工作特性 .122.3 STATCOM 的拓扑选型 .133 STATCOM 控制系统的控制策略研究.154 STATCOM 系统仿真.204.1 MATLAB/Simulink 仿真技术概述 .204.2 STATCOM 仿真模型建立 .224.3 仿真结果分析.245 结论与展望.

2、30致谢.31参考文献.32静止同步补偿器的研究与仿真静止同步补偿器的研究与仿真学生：李浪指导老师：袁勇（三峡大学 电气信息学院）摘要摘要 ：静止无功功率补偿技术是以现代电力电子技术为基础采用晶闸管投切方式, 吸收和发出无功电流与系统进行无功功率交换的一种技术, 它具有响应速度快, 稳定系统电压, 系统振荡的作用。 本文主要介绍了 STATCOM 控制系统的组成与原理，论述了 STATCOM 控制策略，建立了基于 MATLAB/Simulink 环境下的 STATCOM 系统仿真模型，对系统进行了仿真研究，结果表明论文选定的 STATCOM 方案正确，具有良好的无功性能。关键词关键词: : S

3、TATCOM;MATLAB 仿真Abstract：Static reactive power compensation based on modern power electronic technology-based approach using thyristor switched, absorption and reactive current issue with the system reactive power exchange, it has a fast response, stability, system voltage, the system oscillation Ef

4、fect. This paper ia around STATCOM control system in composition as well as theory, Based on MATLAB / Simulink environment, STATCOM simulation model of the system results show that the STATCOM program of selected papers is correct, has a good dynamic performance of reactive power.Key words: STATCOM,

5、 MATLAB前言前言近年来, 随着国民经济的发展, 电力行业也得到快速发展,特别是大范围的高压输电网络逐渐形成, 负荷的快速增长对无功的需求大幅上升。无功功率并不是无用功率, 而是在电能传输和转换过程中建立电磁场和提供电网稳定不可缺少的功率之一, 无功经不同的电磁耦合反映不同的电压等级, 同一等级电压的电网中, 电压经高低直接反映本级的无功平衡, 是电能质量的重要指标之一。无功功率的传输不但会产生很大的有功损耗, 而且沿传输途径还会产生很大的电压降落, 并使电网的视在功率增加, 这将对系统产生以下一系列的负面影响。我国电网的建设和运行中长期存在的一个问题是无功补偿容量不足和配备不合理，特别是

6、可调节的无功容量不足，快速响应的无功调节设备更少。近年来，随着大功率非线性负荷的不断增加，电网的无功冲击和谐波污染呈不断上升的趋势，无功调节手段的缺乏使得母线电压随运行方式的变化很大，导致电网(特别是配电系统)的线损增加、电压合格率降低。此外，随着电网的发展，系统稳定性的问题也愈加重要。电网的动态稳定性与快速无功功率调节器的性能有关；电网的电压稳定性与无功功率的有效提供有关。动态无功补偿是一种提高电压稳定性的经济、有效的措施，是促进电网安全稳定和战略防御的客观需求。因此动态无功补偿技术己成为电力电子技术和电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注。1 1 STATCOMSTA

7、TCOM 的研究意义及现状的研究意义及现状 1.11.1 研究目的和意义研究目的和意义电力系统中的无功消耗主要来自两个方面，一是输电系统自身吸收的无功，另一方面是负荷消耗的无功。输电设备在输送电能时要吸收一定的无功功率，在高压输电网络中，为了提高线路的输送容量和系统的稳定性一般会对这部分无功进行补偿，如对输电线路进行串联补偿以及在一些重要的节点进行并联补偿等。负荷吸收的无功功率主要是指感性负载和大量的非线性负荷消耗的无功，如工业生产和日常生活中经常使用的异步电机、日光灯，以及各种变流装置、工业电弧炉等，这些负载当中有些容量非常大，在启动和正常工作时都要吸收大量的无功功率，常常会引起电网电压的波

8、动。无功功率对公用电网的影响主要有以下几个方面：(1)增加设备容量。无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的体积和成本也要增加。(2)设备及线路损耗增加。无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，从而降低了电气设备的运行效率。设线路总电流为 I=Ip+Iq,线路电阻为，则线路损耗为，其中RPRUQPRIIRIPqp222 222)(这一部分损耗就是由无功功率引起的5。RUQ)/(22(3)使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负荷，还会使电压产生剧烈波动，严重影响供电

9、质量。(4)由谐波源造成的无功影响同样会带来一系列问题，如谐波损耗，影响设备正常工作，造成振动、热、噪声，自动装置误动作，对通信系统产生干扰等。另外随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，特别是静止变流器，从低压小容量家用电器到高压大容量用的工业交直流变换装置，由于静止变流器是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，引起电网的谐波“污染”。冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重，这些对电网的不利影响不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运

10、行，造成对电网的“公害”，为此，国家技术监督局相继颁布了涉及电能质量五个方面的国家标准，即：供电电压允许偏差，供电电压允许波动和闪变，供电三相电压不允许平衡度，公用电网谐波，供电频率允许偏差。 1.31.3 无功补偿的作用及发展无功补偿的作用及发展无功功率对供电系统和负载的运行都十分重要，电力系统中的网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应当是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率来补偿无功功率的损耗。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

11、功率损耗。(2)稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。(3)在一些三相负载不平衡的情况下，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功功率及无功负荷。无功补偿应包含对基波无功功率的补偿和对谐波无功功率的补偿，由于无功补偿具有上述重要的作用，因此对于无功补偿技术进行研究具有相当重要的实际意义。早期的无功补偿设备有并联电容器、调相机和同步发电机等，由于并联电容器阻抗固定，不能动态的跟踪荷无功功率的变化，而调相机和同步发电机等补偿设备又属于旋转设备，其损耗、噪声都很大，而且还不适用于太大或太小的无功补偿，所以这些设备己经

12、越来越不适应电力系统发展的需要。柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System)是随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的广泛应用而产生的。目前基于 FACTS 技术且应用于无功补偿最为广泛的是静止无功补偿器(SVC)。SVC 常用的有以下几种形式:固定电容加晶闸管控制电抗器型(FC+TCR)、晶闸管开关电容器型(TSC)、饱和电抗器型(SR)以及混合型(TCR + TSC) oFC+TCR 型补偿器由 TCR 和若干组不可控电容器并联而成。通过控制与电抗器串联的双向晶闸管的导通角，既可以向系统输送感性无功电流，又可以向系统输送容性无功电流。TSC 型补偿器由

13、一组并联的电容器组成，每一台电容器都与双向晶闸管串联。这里的晶闸管仅起开关的作用，以替代常规电容器所配置的机械式开关。在运行时，根据所需补偿电流的大小，决定投入电容的组数。SR 型补偿器中，由饱和电抗器和串联电容器组成的回路具有稳压的特性，能维持连接母线的电压水平(其中的串联电容器是用来校正饱和电抗器伏安特性的斜率)，对冲击性负荷引起的电压波动具有补偿作用。与其并联的滤波电路能吸收谐波并校正功率因数。所有形式的 SVC 都属于并联无功补偿装置，补偿原理都是通过控制晶闸管的触发角，改变接入电网中的等效电纳，从而达到调节输出无功的目的。但这些 SVC 设备之所以能产生感性无功功率，依靠的仍然是其中的电容器。这就导致 SVC 与静电电容器有着同样不可逾越的障碍，即当电压水平过于低下，急需无功补偿时，补偿器的输出反而会减少。随着全控型电力电子器件 GTO, IGBT 的发展，一种新型的无功补偿装置静止无功发生器(Static Var Generator