电网不平衡下链式STATCOM补偿与控制策略

针对电网电压不平衡工况下的链式STATCOM的运行特性与控制策略问题,通过对比研究三角形与星形两种链式STATCOM的补偿特性,提出一种基于等效电纳变换法的星形链式STATCOM的零序电压计算方法,并在两相静止坐标系下完成不平衡电流跟踪控制。仿真与实验结果表明,在电网不平衡时,所提出方法不但能使星形链式STATCOM正常运行,而且能够补偿无功负载,减轻电网电流不平衡度,最终扩展了星形链式STATCOM的运行范围。     

一种改进的电网电压不平衡环境下链式STATCOM控制策略

电网电压不平衡现象在煤矿配电网中尤其严重,达不到国标要求。针对这种现象,提出一种改进的电网电压不平衡情况下链式STATCOM控制策略,一方面从全局、相间、相内三个层次,尤其是电网电压不平衡条件下控制直流侧电容电压平衡,另一方面通过正、负双序电流控制环对不平衡系统的无功和负序电流进行完全补偿。仿真分析与工业样机试验表明,所提出的链式STATCOM控制策略,不仅有效解决了不平衡环境下直流侧电容电压的平衡控制难题,并且提高了装置的抗不平衡能力。     

链式STATCOM负序电流补偿能力分析

基于合理假设建立电流补偿平衡方程和功率平衡方程,分析总结出了△形和Y形H桥链式静止同步补偿器(STATCOM)补偿负序电流的条件,推导出零序分量控制是链式STATCOM补偿负序电流的关键,该结论得到了MATLAB/Simulink仿真软件的有效验证。所提出的分析方法还可进一步推广至其他拓扑及不同工况下的STATCOM。     

链式星形STATCOM补偿不平衡负载的控制策略

星形结构的链式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)受限于三相输出电流之和等于零的约束条件,因此,在补偿不平衡负载时,必须注入零序电压,以强迫输出电流的相位与 STATCOM 相电压的相位相差90°。首先推导在补偿不平衡负载工况下所要添加的零序电压的数学公式,证明该工况下零序电压添加的必要性与唯一性;然后改进适用于补偿不平衡负载工况的目标电流提取方法,该方法能有效减少参考电流的二倍频分量。而且,提出的零序电压计算方法,无需对参考电流锁相,参考电流提取完毕后,即可计算出零序电压。给出基于经典控制理论在αβ静止坐标系下的参考电流跟踪控制策略。最后,仿真与实验结果验证了所提出方法的正确性。     

复合型链式STATCOM及其不对称运行能力研究

三相链武STATCOM有△型和Y型2种典型的联接型式,两者除了拓扑上的差异之外,在功能性、经济性、可靠性和技术实现上也有明显的差别.在对比分析两者优缺点的基础之上提出了一种复合型的链式STATCOM,并且从数学模型和物理意义2个方面分析了△型、Y型和复合型链式STATCOM三者之间的联系和区别,论证了复合型链式STATCOM在技术经济性上的比较优势.研究结果表明:复合型链式STATCOM结合了△型和Y型各自的优点,有效地回避了各自的缺点,在中高压不平衡补偿领域具有极高的推广应用价值.     

不平衡工况下星形级联SVG的补偿分析

星形级联静止无功发生器(SVG)在补偿不平衡负载时,通常采用零序电压注入法来维持直流侧相间平衡,由于相间平衡的前提是SVG输出电压需与输出电流相垂直,故其相量内积为零,则可通过待定系数法简单直接地求出所需的零序电压:在此基础上可以进一步确认星接SVG的不平衡补偿范围,SVG直流侧电压的大小对不平衡补偿范围有着重要意义;...     

链式STATCOM直流侧电压平衡控制策略研究

针对STATCOM电容直流电压不稳定问题进行了分析,提出了一种增加附加充放电电路方式的STATCOM电容电压控制策略。采用附加电路对链式STATCOM电容进行充电及稳压控制,其中附加电路多绕组变压器的使用,有效地隔离了附加电路各链节直接的电的联系,消除了附加电路和装置主电路同时投入时电压瞬时降为零的现象,使得附加电路的控制策略可以完全和主电路控制策略独立;附加电路既可以直接接到大电网中,也可以采用与电网分离的独立供电电源,甚至可以采用大容量的UPS,可以较好地实现装置启动、快速功率切换等。装置动态响应能力亦有所增强,同时当主电路出现较大电压波动时,仍可以保证STATCOM电容电压的稳定,正常地输出无功。     

星形和三角形连接的链式H桥STATCOM不平衡补偿分析

基于星形和三角形结构的链式H桥STATCOM各具优势,但目前仍没有量化的指标来衡量各自的不平衡补偿能力,限制了其应用以及选型.为了更好地使用两种结构,从三相之间的直流侧平衡问题出发,分析了两种结构各自具有的负序电流补偿特点,从理论上确定了各自的应用场合.对于星形结构,选用零序电压注入法进行直流侧相间平衡控制,并提出利用三相中最大输出电压来衡量其负序电流补偿能力;对于三角形结构,证明了分相控制法和零序电流注入法是等效的,并推导出其负序电流补偿范围.通过仿真验证了各自的负序电流补偿特性,进一步明确了星形结构更适合电流不平衡度较小的场合.这些量化分析对两种结构的应用和选型具有指导作用.     

链式储能变流器在电网不平衡时的控制研究

链式电池储能变流器接入不平衡电网时,为了控制网侧各相电流对称,变流器各相储能电池簇与电网交换的有功功率不相等,这会造成储能系统各相储能电池簇荷电状态不均衡.研究了链式储能变流器在电网电压不平衡时的控制策略和采用零序电压注入的各相电池簇荷电状态均衡控制方法.通过仿真验证了控制策略的有效性.     

电网电压不平衡下链式STATCOM控制方法

针对链式静止同步补偿器(STATCOM)在电网电压不平衡情况下的控制问题,建立了其正序、负序数学模型,详细推导了在电网电压不平衡时正序和负序环境下的非线性解耦控制方程,提出一种不平衡环境下链式STATCOM的反馈线性化滑模控制方法,通过引入精确反馈线性化方法实现正负序完全解耦,为降低滑动模态上的抖动,引入一种新的指数趋近律完成滑模控制器设计,正序电流环控制装置补偿负载所需无功,负序电流环补偿负载不平衡情况下的负序电流。仿真和实验表明,该方法能有效地解决链式STATCOM在不平衡环境下的补偿问题,具有一定的工程参考价值。     

大型光伏电站角形级联STATCOM电压控制策略

大型光伏电站并网后,给配电网乃至输电网的电压、电能质量等带来一系列的影响。静止同步补偿器(STATCOM)可稳定公共连接点电压并提高分布式电源的低电压穿越能力。提出了一种适用于大型光伏电站角形级联STATCOM的电压控制策略,能够支撑电网正序电压,减少公共连接点电压波动,并抑制公共连接点负序电压,改善电网电压不平衡;再结合角形级联STATCOM相电流与线电压的约束关系,给出了角形级联STATCOM相电流指令获取方法;最后,在PSCAD中搭建仿真模型验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

电网不平衡条件下STATCOM的非线性控制

在电网电压不平衡条件下,以网侧各相单位功率因数为补偿控制目标,提出了基于虚拟导纳的静止同步补偿器(STATCOM)无源控制方法,可保证输电线路有功损耗最小。在dq同步旋转坐标系下,建立了不平衡条件下STATCOM的数学模型,构造出相互独立的正负序双电流环系统,以便于控制系统设计。基于无源性理论,利用能量成形和阻尼注入方法,分别对正负序电流环设计了控制器。给出了STATCOM直流侧电压与虚拟导纳的数学关系式,阐明了虚拟导纳电流控制的合理性和可行性,并设计了直流电压外环比例积分控制器。仿真实验结果表明,所提控制策略可实现电网电压不平衡条件下STATCOM对无功负荷的快速补偿,同时可保证网侧各相均实现单位功率因数控制。     

不平衡工况下配电网STATCOM的控制策略

针对系统电压不平衡对静止同步无功补偿器(STATCOM)运行的影响:直流侧电容会产生2倍频的电压波动;交流侧输出3次谐波电压和电流.影响STATCOM的输出性能及安全运行的问题.提出了解决方法和策略.STATCOM主要由直流侧电容、二电平逆变器和连接电抗器等组成.为改善STATCOM的运行特性.采取增大STATCOM直流侧电容容量的方法来抑制3次谐波电流:认为抑制3次谐波唯一的途径在于改进开关函数.采用新的开关函数后,STATCOM逆变器输出电压与直流侧电容两端电压的波动无关.实现了抑制3次谐波电流的目的;采用负序电压前馈控制策略.即采用不平衡控制策略.使得STATCOM逆变器的负序电流为零,达到抑制负序电流的目的.采用Matlab对所提出的方法和控制策略进行了仿真.结果表明.所提方法正确且策略有效.     

LC耦合式级联STATCOM及其控制策略

不同于常规电感滤波式的静止同步补偿器(STATCOM),LC耦合式级联STATCOM(LC-STATCOM)输出滤波器采用电感和电容串联结构,在容性无功补偿、运行效率等方面更具优势。分析了LC-STATCOM的工作原理和运行性能,并建立离散状态方程。针对LC串联存在谐振的问题,提出了适用于LC-STATCOM的状态反馈控制,可以有效地增大谐振阻尼,改善系统基频增益,提高电流控制性能;基于所推导的离散状态方程,构建了输出电容电压状态观测器,利用电压观测值进行状态反馈可以省去电容电压传感器,降低成本。     

不平衡补偿时三相逆变器串联型STATCOM控制方法

将分相控制应用于三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器在不平衡补偿时的控制,考虑到由于参数、损耗等因素对直流侧电容电压的平衡产生影响,对直流侧电容及开关器件造成威胁,提出了一种直流侧电容电压平衡控制方法。通过仿真研究对提出的方法进行研究,仿真结果表明分相控制对不平衡补偿时三相电压源型逆变器级联的静止同步补偿器的控制是有效的,利用直流侧电容电压的平衡控制能够有效地对直流侧电压的稳定和平衡进行控制。     

基于链式STATCOM的三相不平衡负载的平衡化补偿

链式STATCOM由于具有分相控制能力、输出无功电流谐波含量低、响应速度快等优点而适合于不平衡负荷的平衡化补偿。给出了采用链式STATCOM实现平衡化补偿的主电路结构及电压-无功综合控制方法。三相补偿电流相量采用对称分量法通过矢量变换获得,单相无功功率采用单相瞬时无功功率算法得到,链式逆变器采用特定谐波消除PWM算法(SHE-PWM)以保证输出无功电流的谐波总畸变率小于5%,同时保证直流侧电容电压的稳定。对所给出的补偿方法进行了仿真研究,结果验证了链式STATCOM进行快速平衡化补偿的能力。     

基于FS-MPC的级联型STATCOM控制延时消除方法

提出一种新型有限状态模型预测控制的控制延时消除方法,并将其成功应用于级联型STATCOM,旨在提高级联型STATCOM的电流跟踪控制效果.有限状态模型预测控制用一个指标函数对各种预测结果进行评估,选择使指标函数值最小的开关组合,从而实现对功率变换器的快速控制,但研究发现,控制延时会较大程度影响预测控制的电流跟踪效果.本文在对系统离散化数学模型进一步递推的基础上,通过对传统数字控制的控制流程改进,减小了控制延时的影响、提高了系统性能.为了验证该方法的有效性,在仿真测试的基础上进行了实验验证,2kW样机的实验结果显示,级联型STATCOM具有快速的电流跟踪能力,同时有限状态模型预测控制使系统具有较强的鲁棒性.     

Research on cascaded multilevel inverter and its application in STATCOM

Because of the broad application of multilevel converters in the high-power area, a cascaded multilevel voltage-source inverter with phase-shifted SPWM (PS-SPWM) switching scheme is proposed as a static synchronous compensator (STATCOM). This can eliminate the bulky and weighty transformers and reduce power loss. In addition, the equivalent carrier frequency can be doubled and the output harmonics will be reduced compared with the STATCOM being put into operation. The operating principle and control methods are analyzed in detail and the feasibility is validated by simulation with MATLAB. __________ Translated from Engineering Journal of Wuhan University, 2005, 38(4): 34–37, 41 (in Chinese)