可控串联补偿电容器控制角模型及其在静态电压稳定研究中的应用

提出一个可控串联补偿电容器(TCSC)静态模型，将TCSC基频等值电抗表达为其控制角的显函数并考虑了其自身的功率损耗。将控制角作为状态变量处理，推导了4种典型控制模式下的TCSC牛顿潮流方程并在连续潮流算法中予以实现，并指出恒功率控制、恒电流控制和恒相角差控制中所需的控制参考量由系统基本工况下指定线路补偿度的恒阻抗控制获得。用IEEE30母线系统进行仿真计算，结果表明该模型具有较高的求解效率及数值稳定性，通过控制角可以方便地获取线路的补偿度。用该模型进行电压稳定分析表明，选择最优的安装位置及合适的控制模式是提高电压稳定性的关键因素。恒阻抗控制对提高电压稳定性的效果是最好的，而不适当的控制模式以及不适当的安装位置则可能导致系统的电压稳定裕度降低。     

参与AVC调节的STATCOM电压控制策略设计与仿真

研究了静止同步补偿器(STATCOM)参与自动电压控制(AVC)调节的控制策略。提出了基于系统电压变化、电网故障判断等信息的一系列STATCOM控制模式及不同控制模式的逻辑判断标准。设计实现了STATCOM与站内固定电容器组相互协调的一级电压控制策略及STATCOM与远方控制信号相互协调的二级电压控制策略。在一级电压控制策略中,对于不同控制模式的STATCOM,通过使固定电容器组的静态无功功率置换出STATCOM的动态无功功率,从而增大了系统的动态无功功率储备。在二级电压控制策略中,通过STATCOM对远方控制信号的响应,从而实现了STATCOM对非接入点母线电压的支撑。IEEE 39节点系统模型上的仿真结果验证了上述控制策略的合理性。     

STATCOM鲁棒非线性控制

讨论了STATCOM的鲁棒非线性控制设计问题。利用直接反馈线性化技术（DFL）把STATCOM非线性模型转换成线性模型,并利用鲁棒控制器的设计方法消除模型中不确定参数的影响。设计过程中只需要不确定参数的边界,所设计控制器简单、有效,并能保证系统在所有参数范围内的渐进稳定性。3母线电力系统的仿真结果表明该控制器在系统具有不确定参数时能取得良好的电压调节性能。     

含直流潮流控制器的交直流混合系统多目标最优潮流研究

直流潮流控制器是直流电网潮流分析与控制领域的研究热点,一般安装在枢纽换流站的直流母线处,能够有效提高直流电网的潮流控制自由度。在交直流混合系统中加入直流潮流控制器并在直流电网中建模,把网络损耗、静态电压稳定指标和电压偏移量作为优化目标进行潮流优化,依据优化结果协调换流站和直流潮流控制器分步调整交直流系统潮流,实现了换流站和直流潮流控制器的协调控制。利用所提出的协调控制方法可使系统从某个状态安全稳定地过渡到另一个状态,在提升系统经济效益的同时,也可以减小网络损耗、电压偏移量,提高静态电压稳定裕度。利用Matlab对混合系统进行潮流优化,以一个五端混合系统为例,验证该方法的有效性。     

基于STATCOM的双馈风电场无功电压控制的研究

基于STATCOM和DFIG的数学模型研究与控制器建模,提出一种由两者共同参与的风电场无功电压控制方案.该方案利用STATCOM的电压控制模式,并充分考虑到双馈风机的无功调控能力,将双馈风机集群电压控制分为无功需求决策层和无功协调优化分配层.此外,针对风电场出口发生三相短路的紧急状况,提出一种故障时双馈风力发电机组的改进控制策略,该策略通过故障时将转子侧变流器由功率控制模式切换为电压控制模式,有功电流优先切换为无功电流优先,网侧变流器由单位功率因数运行切换为极限无功功率运行的方式提高风电场的低电压穿越能力.仿真表明,该方案不仅能实现正常运行时对风电场并网点电压指令的快速跟踪,风速、系统负荷和系统电压波动时快速稳定风电场并网点电压,而且当风电场出口发生短路故障时,能显著减小故障对双馈风机的不利影响,加速故障后电压恢复.     

基于离散状态观测器的H桥级联STATCOM无差拍控制

H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)以其损耗低、响应快速、储能元件体积小和输出电流谐波含量低等优点,成为动态无功补偿装置发展的重要方向。通过对STATCOM工作原理及数学模型的分析,推导出无差拍控制算法。为了提高无差拍控制算法的实时性,消除参考电压滞后一拍的影响和抑制STATCOM输出电流的谐波,构造离散状态观测器对系统参考指令电流进行预测。构造离散滑模观测器对STATCOM实际输出电压进行观测,避免了通过直流侧电容电压参考值计算STATCOM实际输出电压的误差。仿真与实验结果表明,该算法可以精确地预测参考指令电流,进而提高了STATCOM无差拍控制的性能。     

带蓄电池储能的静止同步补偿器的小信号模型建立及其控制

通过DC/DC双向变换器将蓄电池储能接入STATCOM直流侧,直流侧电容将DC/DC侧和STATCOM侧耦合成一整体。通过建立整体的大信号模型的分析,建立了dq坐标系下基于线性解耦的小信号动态模型,实现了DC/DC侧和STATCOM侧的解耦控制。基于该模型,对DC/DC的电流环控制器,以及STATCOM侧电流电压双闭环与功率前馈相结合的控制器设计,实现了对DC/DC侧充放电功率,以及直流侧电容电压稳定输出的控制。并通过Matlab/Simulink仿真验证设计的正确性。     

基于SVPWM的STATCOM电压电流双环控制

提出一种基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的静止同步补偿器(STATCOM)控制方案,并讨论了电压电流双环控制器的简化设计方法.该方法利用锁相环(PLL)和低通滤波器(LPF)检测负载电流中无功电流的大小,通过dq变换实现STATCOM无功电流和有功电流在dq平面的解耦控制.同时.直流电压外环控制器输出耦合到有功电流控制环路实现直流电压稳压控制.为利用SVPWM调制方法控制STATCOM输出电压控制其输出电流,控制器通过PI调节器将电流控制变量变换到电压矢量空间.全部控制算法在单片现场可编程逻辑门阵列(FPGA)中采用VerilogHDL硬件描述语言设计和综合实现,并应用在500 kV·A容量样机的控制上.仿真和实验结果显示该控制方法具有动态响应速度快、调制深度高、输出电流谐波畸变率低等优点.     

十一电平链式STATCOM直流电容电压平衡控制研究

直流侧电容电压的不平衡及其控制是链式STATCOM要解决的关键问题。笔者给出了链式STATCOM直流电容稳态数学模型,分析了逆变桥参数对电容电压不平衡的影响,指出开关脉冲延时不同、混合型损耗差异以及并联型损耗差异是造成电容电压不平衡的主要原因。结合十一电平STATCOM,提出采用基频开关法投和基频脉冲循环换位法可以有效的保持链式STATCOM直流电容电压的平衡稳定,STATCOM的PSCAD模型及其仿真验证了该方法的可行性和有效性。     

500kV东莞变电站±200MVA静止同步补偿器的控制功能试验对比研究

为了验证静止同步补偿器(STATCOM)对电网电压的有效支撑作用,针对500kV东莞变电站±200MVA STATCOM工程项目,通过PSCAD软件仿真和现场试验对STATCOM装置的定电压控制、恒无功控制、与站内原有固定补偿器的协调控制这3项主要控制功能进行了功能试验对比研究。研究表明,STATCOM实际输出的无功电流能快速跟踪控制目标电流的变化,且PSCAD仿真与现场试验结果一致。因此证明了PSCAD模型贴近实际装置,且STATCOM的控制功能设计合理,能够对系统无功变化作出快速响应,能有效实现电压支撑作用,提高电网的输电能力,保证电网的安全稳定运行。     

Power injection model of STATCOM with control and operating limit for power flow and voltage stability analysis

This paper presents a power injection model (PIM) of STATCOM for power flow and voltage stability analysis. In this model, PWM control and phase control strategies of STATCOM are handled, and the operating limit is enforced. The NR formulation has the same structure before and after the limit enforcement, and the Jacobian matrix adds only one dimension. This model can also take into account the steady-state losses of STATCOM if desired, and hence more accurately predict the active and reactive power injections. The singular value decomposition (SVD) based method is then extended to study the effect of STATCOM on power systems voltage stability. IEEE 300-bus and 30-bus systems are used to verify the effectiveness and performance of this model and the effect of load changes at all the buses simultaneously on voltage stability has also been studied with the STATCOM.     

UIPC与STATCOM联合改善风电并网系统电压稳定性

针对由风电出力不稳定性和间歇性所导致的电压不稳定的问题,本文充分结合FACTS技术的优点,提出一种将统一相间功率控制器(UIPC)和静止同步补偿器(STATCOM)联合起来,应用于风电并网系统中的方法,以改善风电并网系统的暂态电压稳定性。该方法是在风电场与电网的连接线上串联统一相间功率控制器(UIPC),将STATCOM并联在风电场的母线上;利用UIPC调节风电场与电网之间的功率的流动,并在系统发生短路故障时限制短路电流,以此降低故障发生时母线电压跌落的程度,同时使用STATCOM进行无功补偿,使电压得到及时的恢复。本文通过建立相应的仿真模型,利用UIPC和STATCOM对风电并网系统电压稳定性进行联合控制,结果表明该方式在风电并网系统中会使系统电压暂态稳定性得到极大的加强。     

连接弱交流系统的高压直流换流站无功补偿协调控制策略

在馈入端交流系统强度较弱、直流传输功率频繁波动的高压直流系统中,换流站无功补偿设备的协调控制对改善换流母线电压的稳定性具有重要意义。提出了一种基于静态同步补偿器(STATCOM)和电容器组相互协调的多模式协调控制策略,主要包括换流母线电压无静差跟踪额定电压的稳态调压模式、换流站参与近区交流系统电压调节的自动电压控制(AVC)模式,以及换流母线发生短路故障时抑制电压波动与换相失败的暂态控制模式。基于实际工程参数,在电磁暂态仿真软件(PSCAD)建立了±800kV酒泉—湖南特高压直流输电系统仿真模型,并在直流功率波动、AVC中心下发指令电压和馈入交流系统短路故障等多种工况下对该多模式控制策略的性能进行了仿真验证。仿真结果论证了所提出的换流站无功补偿设备协调控制策略的合理性和有效性。     

STATCOM与发电机励磁非线性控制器设计

提出了一种有利于进行控制设计的STATCOM模型.采用直接反馈线性化、零动态原理,设计了STATCOM无功电流与发电机励磁非线性控制器,该控制可以同时满足发电机励磁与STATCOM装设处电压的稳定性.对单机-无穷大系统进行了数字仿真,结果表明该控制器具有很好的实用效果和优越性.     

基于目标全息反馈的STATCOM与发电机励磁协调控制研究

针对含有静止同步无功补偿器的发电机励磁系统,采用目标全息反馈法（Nonlinear Control designmethod with Objective Holographic Feedbacks,NCOHF）推导该系统的协调控制规律,使各控制目标均在给定性能指标中得以约束,以获得良好的系统性能.分别选定机端电压偏差、STATCOM的有功电流偏差以及无功电流偏差为控制目标,设计NCOHF协调控制器,并采用极点配置法整定控制器中的k参数.仿真结果表明：在该控制器作用下,发电机具有良好的输出特性,既能有效消除机端电压偏差,又能精准追踪电磁功率给定值;同时合理分配STATCOM的无功功率,提高电力系统的稳定性.因此,该协调控制器能很好地兼顾各控制目标的动、静态性能,并具有良好的应用价值.     

Multipulse converters and controls for HVDC and FACTS systems

Contents  For very high power applications, it is imperative to limit switching losses in the power converter. Multipulse converters are made up from several converter modules, switching at the fundamental frequency, but properly phase shifted to produce a nearly sinusoidal output voltage. Robust controls for HVDC and FACTS systems based on multipulse converters were developed. The developed HVDC system makes the rectifier station to control the instantaneous active (real) power through the HVDC voltage link, whereas the inverter station controls the instantaneous reactive (imaginary) power generation. The control of real and imaginary powers is independent one from the other and there is no control signal that is shared by both converter stations. A complete model of a 100 MW, 33 kVac, 50/60 Hz, 24-pulse HVDC system was implemented in the electromagnetic transient program (EMTP/ATP). The static synchronous compensator (STATCOM) is a shunt type of FACTS controller. It regulates the voltage magnitude of a controlled ac bus by drawing variable reactive current from the power system. The fast dynamic of the STATCOM controller avoids high fluctuations of the dc voltage caused by transients. A complete model of a 100 MW, 33 kV, 60 Hz, 24-pulse STATCOM was implemented and the results have confirmed the robustness of the proposed voltage control. Received: 21 December 2000     

A simple implementation of power mismatch STATCOM model into current injection Newton–Raphson power-flow method

This paper presents a simple implementation of Static Shunt Compensator (STATCOM) into Newton–Raphson current injection load flow method. The controlled STATCOM bus in the network is represented by voltage-controlled bus with zero active power generation at the required voltage magnitudes. The power mismatch equation of the connected STATCOM bus is included in Newton–Raphson current injection load flow algorithm, while the other PQ buses are represented by current mismatch equations. Moreover, the parameters of STATCOM can be calculated during iterative process and the final value will be updated after the convergence is achieved. This representation of generator buses reduces the number of required equations with respect to the classical and improved versions of the current injection methods. In addition of that the developed model reduces the complexities of the computer program codes and enhances the reusability by avoiding modifications in the Jacobian matrix. The performance of the developed STATCOM model has been tested using standard IEEE systems.     

静止同步补偿器多目标协调控制器的设计

指出了在ＳＴＡＴＣＯＭ（ＳｔａｔｉｃＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＣｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ,静止同步补偿器）控制器设计过程中面临的多控制目标协调问题。除了快速的电压支撑功能以外,ＳＴＡＴＣＯＭ在电力系统中还应该起到提高暂态稳定极限,阻尼功率振荡等作用。本文从理论分析和数字仿真两方面分析了这些控制目标的矛盾并指出了在各种状态下ＳＴＡＴＣＯＭ控制器设计的原则,即根据当前时刻系统的状态确定主要的控制目标。在不严重损害其它目标的实现的前提下尽可能提高该控制目标要求的性能。本文根据这些原则设计了ＳＴＡＴＣＯＭ的协调控制器。数字仿真表明该方法可取得满意的控制效果。     

静止同步补偿器增强风电场的低电压穿越能力的应用分析

提出利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)快速补偿无功功率以增强双馈式风电机组和直驱式风电机组的低电压穿越能力.首先阐述了风电机组的动态模型,然后给出了STATCOM控制模型,最后将STATCOM装置应用到合风电场的电力系统中,比较加装STATCOM前后母线56和母线12的电压以及风电机组输出功率的变化情况.仿真结果表明,STATCOM能有效地帮助风电机组在电网发生故障后恢复机端电压和故障点电压,并防止风电机组输出功率振荡,使风电场在故障发生后能保持连续运行,增强了风电机组的低电压穿越能力.