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1、中国矿业大学本科生毕业设计姓名:学号：学院:应用技术学院专业：电气工程及其自动化设计题目：静止同步补偿器（STATCOM仿真和研究专题：指导教师：职称：2009年6月徐州中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书学院 应用技术学院专业年级 电气05-1班学生姓名任务下达日期：2009年2月25日毕业设计日期：2009年2月25 日至2009年6月20日毕业设计题目：静止同步补偿器（STATCO）仿真和研究毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：低功率因数和谐波污染是供电系统普遍存在的问题， 已成为供电领域迫 切需要解决的重要课题之一。配电系统静止同步补偿器（Static Synchronous Co
2、mpensator，STATCQM/I可以有效地避免 SVC装置的缺点，具 有广阔的应用前景。本课题具体任务如下：1分析STATCO的主电路结构及工作原理，建立数学模型；2熟悉无功检测方法及STATCOM控制策略；3在PSCAD/EMTDC境下建立STATCOM仿真模型，并进行仿真分析。 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能 力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工 作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）： 成绩:指导教师签字:年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运
3、用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创 新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同 意答辩等）：成绩:评阅教师签字:年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运 用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创 新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同 意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月答辩情况提出问题回 答 冋题正 确基本 正确有一 般性 错误有原 则性 错误没有 回答答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人
4、：年月日电能质量的问题，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
5、，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/EMTDCABSTRACTThe problem of electric en ergy quality men aces seriously the safe operati on of power n etwork, especially reactive power and harm oni cs.The static synchron ous compe nsator (STATCOM), takes
6、 the new gen erati on reactive power compe nsati on system, it compares with exist ing static idle work compe nsati on system (SVC), has the adjustable speed to be quicker, the movement scope to be wider, the absorption idle work, the harmonic curre nt small, to lose continu ously low, uses the reac
7、tor and the capacity of conden ser and the erect ion space to reduce and so on merits greatly, has caused the domestic and foreig n scie ntific research and the project doma in widespread atte nti on.The paper through to the STATCOM prese nt situatio n and the trend of developme nt, the idle work pr
8、oduct ion and the in flue nee, the idle work compe nsati ons sig ni fica nees an alysis, has con ducted the STATCOM prin ciple of work research, and has established the STATCOM mathematical model, uses based on the in sta nt reactive power theory exam in ati on method, chooses the appropriate contro
9、l policy, has carried on the simulation analysis under the EMTDC/PSCAD environment, after obta ining the simulatio n profile. The simulatio n result in dicated that STATCOM can shoulder carries on fast the idle work compe nsatio n, con firmed that this model algorithms rati on ality, the accuracy, h
10、ave certa in reference value.Keywords: Reactive power compe nsati on; STATCOM; I nsta nta neous reactive; PSCAD/EMTDC;1绪论11.1引言11.2论文研究背景和研究的意义 11.3无功功率31.4无功补偿的意义 31.5主要无功补偿装置及其工作原理 51.5.1 并联电容器61.5.2 同步调相机(Synchronous Condenser-SC) 61.5.3 静止型无功补偿装置 (Static Var Compe nsator-SVC) 71.6 STATCOM研究现状和发展
11、趋势 91.6.1 STATCOM 研究现状91.6.2 STATCOM 发展趋势101.7本文研究的主要内容 112 STATCOM的工作原理及数学模型 1.12.1 STATCOM的基本电路结构 112.2 STATCOM的工作原理132.3 STATCOM的数学模型的建立 163无功功率检测方法和STATCOM控制策略19(1) 无功功率检测方法 19(1) d-q 矢量变换理论 20(2) 三相对称系统的瞬时无功功率 22(2) STATCOM装置的控制方法 241. 直接电流控制 242. 间接电流控制 243. 电流间接与直接控制的特点 254 STATCOM装置的无功补偿仿真研究
12、 261.5.1 仿真工具软件 PSCAD/EMTD简介261.6.1 仿真工具软件PSCAD/EMTD的概况 261.6.2 仿真工具软件PSCAD/EMTD的主要功能271.6.3 仿真工具软件PSCAD/EMTD的主要结构及元件库 271.6.4 仿真工具软件PSCAD/EMTD的主要操作步骤 29(4) STATCOM 的仿真29421仿真的主接线图 29(4) 仿真的主控制电路图 30(4) 仿真的调制电路图 30(4) 各仿真的波形图 32(4) 本章小结335总结与展望 335.1结论335.2展望34参考文献35英文原文37中文译文44致谢51中国矿业大学2009届本科毕业论文
13、第#页1绪论1.1引言近年来，随着经济的快速发展，我国的电力工业也取得了前所未有 的成就。目前，我国电力系统的装机容量及发电量均居世界第二，业已 形成了华东、华北、华中、东北、西北、南方六大区域网和山东、福建 两个省网。随着以三峡水电站为代表的一批新兴发电工程的开发，以及 超高压、大容量、远距离输电技术的发展，全国各大电网互联，直至出 现全国性的大联网已成为必然的趋势。随着电力工业的发展，电力电子装置的应用日益广泛，电网中的谐 波污染也日趋严重。另外，大多数的电力电子装置功率因数很低，也给 电网带来了额外负担，并且影响着供电质量。因此，如何抑制谐波和对 无功功率进行补偿已经成为电力电子技术、电
14、气自动化技术以及电力系统研究领域所面临的一个重大课题。静止同步补偿器 (Static Synchronous Compensator，简称 STATCOM )， 是柔性交流输电系统(FACTS)中的重要成员之一，具有实时检测和补偿 无功功率、支撑网络节点电压、补偿高次谐波等功能。本文将重点对基 于新型 电力电子器件 IGCT ( Integrated Gate Commute Thyristor)的 STATCOM主电路结构进行深入研究，为STATCOM的大容量和实用化寻求合适的解决方案。1.2论文研究背景和研究的意义在电力系统中，由于电感、电容元件的存在，系统中不仅存在着有 功功率，而且存在
15、无功功率。无功功率的存在对于电力系统和负荷的运 行都非常重要，但其传输不仅会产生很大的有功损耗，而且沿着传输途 径还会产生很大的电压降落，并且使电网的视在功率增大，从而对系统 产生一系列不良影响，主要可以归纳为以下几个方面：4.1.1 电网总电流增加，使电力系统中的元件如变压器等的容量增大， 从而增加了投资费用，在传送同样有功功率的情况下，增加了设备和线 路的损耗。4.1.2 电网无功容量不足，会造成负荷端供电电压低，影响正常生产、 生活用电；反之，若无功容量过剩，则造成电网运行电压过高，电压波 动过大。4.1.3 降低了电网的功率因数，造成大量电能损耗。当功率因数由0.8 下降至0.6时，电能损耗提高了将近一半。为了输送有功功率，需要送电端和受电端有一相位差，这可以在相 当宽的范围内实现，而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差， 这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多 数负载
