基于晶闸管的静止同步补偿器的建模与实现

通过对静止同步补偿器(STATCOM)换流过程的分析,说明基于晶闸管的电压型和电流型STATCOM的基本原理,建立并求解基于三相回路方程和功率平衡方程的数学模型。提出当工作角度满足要求时,电压型晶闸管STATCOM可吸收无功,电流型晶闸管STATCOM可发出无功。构建了12脉冲电压型晶闸管STATCOM样机装置,实验验证了电压型晶闸管STATCOM的可行性。实验结果表明,电压型晶闸管STATCOM在其工作范围内能吸收连续可调无功功率。装置工作电流谐波小,具备普通STATCOM装置的优点,可用于电力系统无功补偿领域。采用该装置可以降低STATCOM的成本,实现国产化。     

基于声表面波器件脉冲发生器的改进研究

介绍了清华大学与河南电力局合作开发的±300 kvar先进静止无功发生器(STATCOM)所用的门极触发脉冲发生器的改进研究。触发脉冲发生器负责产生和分配控制GTO管导通、关断的触发脉冲。±300 kvar STATCOM从1997年4月在郑州孟砦变电站上网进行工业试运行以来,其基于声表面波器件的脉冲发生器,通过在STATCOM装置上进行带载运行实验,发现并解决了精度问题。该方案用存储逻辑实现18脉冲阶梯波STATCOM脉冲发生器的硬件。探讨了FACTS装置对脉冲发生器的性能指标要求,指出脉冲发生器的设计方案、制作工艺直接影响STATCOM的性能,甚至关系到STATCOM能否正常工作。     

基于晶闸管电流源型变换器的STATCOM实现

该文设计了一种大功率应用场合下,主桥路采用晶闸管控制的电流源型静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)。该变换器融合多电平技术、电流注入技术,使得主电路中功率器件的开关频率较低,降低了开关损耗;注入电路所固有的零电流特性为主电路中使用晶闸管提供了可能,实现真正意义上的软开关。利用PLECS软件对STATCOM模型进行仿真,结果表明能够实现灵活的无功功率全范围控制。制作实验装置采集波形验证了系统能够实现灵活的功率调节。     

晶闸管同步移相触发的可控串联补偿实验装置

叙述了利用 TCA785同步移相触发器 ,设计和研制了可控串联补偿 ( TCSC)装置动模试验样机 ,其触发器与基于电容电压同步的触发方式 ,实现了反向并联晶闸管的准确触发。介绍了 TCA785移相触发器的主要特点以及相关外围系统的构成 ,对样机的实验结果进行了分析 ,给出了装置主要的技术指标 ,指出了 TCSC装置的可靠工作区域     

一种新型晶闸管PWM电流型STATCOM

提出了一种新型基于晶闸管的PWM三相电流型STATCOM拓扑结构。将晶闸管作为主转换电路,辅助以全控型器件开关,在每一个开关周期内为晶闸管创造稳定关断的条件,使得晶闸管工作在高频PWM模式。这种拓扑结构的STATCOM充分发挥晶闸管高耐压和大容量的优势,提高了STATCOM的功率等级,变换器,并且具有电流型响应迅速、驱动简单、可靠性好,成本低的优势。新的拓扑结构经过仿真和实验验证,工作频率可达2 kHz,大大提高了工作频率,降低了对储能元件的要求和成本,在工程上有很高的应用价值。     

直流融冰及无功功率补偿系统研究

为进一步提升融冰装置性能,研究了兼备STATCOM动态无功功率补偿以及线路直流融冰功能的系统。该系统采用双链式STATCOM拓扑结构,采用动态无功电流跟踪技术以及中性点偏移的控制方式,实现动态无功功率支撑与线路直流融冰等双重功能。首先介绍了该直流融冰系统的结构,并详细研究了系统控制策略,根据系统应用的不同功能对其输出功率进行分析,同时搭建了基于EMTDC/PSCAD仿真模型对控制策略进行验证。最后,以12 MW直流融冰兼STATCOM系统为例制作了样机进行实验,论证了系统设计的可行性。     

超级电容器在晶闸管触发装置中的充放电研究

供电电源是脉冲功率系统晶闸管触发装置的关键组成部分.基于大功率晶闸管的触发要求,对触发电路进行了方案设计.系统采用了超级电容器作为供电电源来满足触发电路的供电电压要求.在此进行多次晶闸管触发实验,反复试验多组不同容量的超级电容器的充放电特性,选择容量合适的超级电容器作为晶闸管触发电路的触发电源.实验结果表明,晶闸管触发装置能够可靠触发,设计满足实验要求;选择5组超级电容器供电,满足触发时间要求.     

基于MOC3083的误触发原理分析及改进方法

冲击性负载易在配电网中产生大的电压波动及较高的电流谐波,在这种复杂的供电环境中,应用简单的MOC3083光电触发系统容易产生误触发.TSC无功补偿装置能够很好地补偿轧钢厂中轧机类冲击性负荷所产生的无功功率及谐波.根据TSC触发电路的要求,设计了一套新的光电隔离系统,用来检测晶闸管电压的过零点,并采用电磁触发方式触发晶闸管.实验证明该触发系统能够在复杂的电网下稳定、可靠地工作.     

自关断器件控制的电容器无功动态补偿装置

为了满足就地随机补偿的要求,提出一种自关断器件控制的电容器(SDCC)无功动态补偿装置。对调整电容器电压的无功功率动态补偿电路原理进行了论述,采用反向阻断器件组成开关电路,由开关电路调整补偿电容器的充放电电压,实现用电容器对负载无功功率补偿的动态控制。用实例对调整电容器电压无功功率动态补偿电路中的工作原理、工作过程和主要器件参数的选择进行了分析和阐述。经样机验证SDCC无功动态补偿装置可满足就地随机补偿的要求。     

基于混合级联逆变器的静止同步补偿器的实现

提出了将2H桥-3H桥混合级联多电平逆变器作为静止同步补偿器(STATCOM)的主电路拓扑结构,分析了其工作原理。针对无功功率补偿,研究了2H桥-3H桥混合级联多电平逆变器的阶梯波EPWM控制方法,以较低的开关频率实现了质量较高的波形输出。在理论研究的基础上,对混合级联STATCOM的软、硬件进行了设计和样机实验。实验结果表明,2H桥-3H桥混合级联STATCOM成功实现了无功补偿,具有装置成本低、输出波形质量好以及开关频率低的特点。     

基于晶闸管STATCOM的无功补偿控制

晶闸管STATCOM(static synchronous compensator)可吸收连续可调的无功,且不受电网电压影响。文中首先分析其数学模型;然后采用逆系统方法构造出伪线性系统,并结合滑模变结构控制理论,实现晶闸管STATCOM对负荷的直接无功功率补偿;最后对该控制系统进行计算机仿真。结果表明,文中采用的控制方法具有较好的动态性能和稳态性能,对负载无功变化的适应能力强。     

静止无功发生器与晶闸管投切电容器协同运行混合无功补偿系统

提出一种低成本混合型无功补偿系统(hybrid var compensator,HVC),它由一台较小容量的静止无功发生器(static synchronous compensator,STATCOM)和较大容量的多组晶闸管投切电容器(thyristor switched capacitor,TSC)构成,其中STATCOM用以实现快速连续无功调节,TSC实现无功的大容量分级调节,二者协同工作使HVC系统兼具STATCOM快速连续无功补偿及TSC低成本大容量无功补偿的优势,实现低成本大容量的无功连续补偿。在分析HVC基本工作原理的基础上,提出基于专家决策的HVC协调控制方法,实现离散子系统TSC和连续子系统STATCOM的协调控制,确保HVC能进行快速大容量的无功补偿,针对传统的STATCOM串级电压控制器中调节器多、控制器参数难以设计的缺点,提出基于瞬时功率平衡的电压控制策略,以降低STATCOM控制复杂度,提高可靠性,使系统更易于实现。仿真及现场应用结果证明HVC能够实现无级连续无功补偿,并且成本低,在满足高电耗企业节能降耗需求的基础上,为应用单位减少了投资。     

A Comparative Study of Symmetrical Three-Phase Circuits for Phase-Controlled AC Motor Drives

The speed of an induction motor in certain types of drives can be adjusted by phase control of the applied voltage. Three pairs of inverse-parallel thyristors are required for three-phase bipolar symmetry, but several different arrangements of the thyristors and motor windings are possible. A direct series connection of thyristors and windings in each phase can be made; the three phases can then be connected in delta, wye, or wye with neutral return. Alternatively, a delta connection of thyristor modules can be inserted in the opened neutral junction of wye-connected windings. Representation of the motor as a counter EMF in series with leakage reactance allows a simplified analysis of the current waveforms in terms of the thyristor conduction angle. With a given fundamental current, the current harmonics in the motor windings and in the supply lines for each of the circuits can then be compared. The results are equally applicable to thyristor-controlled inductive loads such as may be used for reactive power adjustment.     

基于统一离散时域建模法的晶闸管串联运行暂态仿真

现有晶闸管仿真模型虽能较准确地模拟单只晶闸管开通和关断的动态过程,却较少涉及多只器件的串并联仿真。文中在分析晶闸管开关过程中动态特性的基础上,利用统一离散时域建模法建立了包含开关动态过程的晶闸管数学模型。由于该模型采用时变电阻来描述晶闸管工作过程中电压、电流的变化关系,因此适用于晶闸管串联电路的暂态仿真分析。仿真和实验结果表明所建立的晶闸管数学模型可较为准确地描述串联运行的晶闸管开关过程中电压的动态分配,从而为需晶闸管串联运行的大型电力电子装置的动静态均压电路设计提供了依据。     

级联STATCOM输出的单神经元解耦控制

级联STATCOM是一个强耦合的复杂非线性系统,实现对级联STATCOM精确控制的最有效途径是对级联STATCOM进行解耦控制。本文针对普通解耦控制难以实现级联STATCOM高性能控制的问题,利用神经元出色的学习能力以及不依赖于对象模型的优点,提出了一种基于单神经元的级联STATCOM交流输出的有功和无功解耦控制策略,深入探讨了单神经元解耦控制策略的Delta学习规则、解耦机理和控制器设计方法,并在matlab/simulink仿真平台上搭建了单神经元耦控制策略的级联STATCOM系统仿真模型,给出了仿真结果。理论研究和仿真结果表明,基于单神经元解耦的STATCOM输出控制方法,与普通的解耦控制方法相比,具有响应速度快、无静差、控制精度高的优点,是一种高效的级联STATCOM解耦控制方法。     

TSC+STATCOM的混合无功补偿装置协调控制策略研究

提出一种由TSC和STATCOM构成的混合无功补偿装置,兼具TSC大容量、低成本和STATCOM准确无功补偿的优点。采用分层控制结构,利用专家系统来推理协调二者运行。对TSC频繁投切的情况,为避免电容器组投入时的涌流,TSC采用预充电技术,并于电网电压峰值时刻投入。考虑到STATCOM的数学模型为一强耦合、非线性系统,采用逆系统方法对其进行线性化解耦,再用变结构理论进行设计。仿真结果表明,在采用所提控制策略下,该混合无功补偿装置具有良好的补偿效果。     

与弱交流系统相连接的HVDC系统临界换相电压降及逆变站的运行范围

分析了与弱交流系统相连的直流输电系统的运行特性及电压稳定性，采用临界换相电压降指标和逆变器的运行范围变化研究逆变器换相失败的机理，并比较了各种无功补偿方式对HVDC输电系统的影响，得出在与弱交流系统相连接的直流输电系统中使用静止同步补偿器可提高系统的临界换相电压降，有效减小故障过程中换相失败发生的概率，扩大逆变器的运行范围，提高弱交流系统电压稳定性的结论，并通过对国际大电网会议(CIGRE)标准高压直流输电测试系统的仿真验证了该结论。     

基于自耦变压器的新型动态无功补偿装置

在分析传统的晶闸管投切电容器(TSC)、相控电抗器(TCR)工作原理的基础上,提出了一种新型的动态无功补偿装置-自耦变压器型TSC和TCR的复合装置(TSCCRAT)。TSC、TCR及TSCCRAT的工作性能仿真结果比较表明,TSCCRAT与TSC相比无功功率连续可调和制造成本低,与TCR相比具有较小的谐波电流和功率损耗。特别是TSCCRAT将高电压领域常见的晶闸管对串联结构改成单或少量晶闸管对串联工作,提高了装置的可靠性,降低了控制难度。