1、基于鏈?zhǔn)絊TATCOM的三相不平衡負(fù)載的平衡化補償羅承廉，林烽，劉遵義，紀(jì)勇，劉文華 (河南省電力調(diào)度通信中心，河南鄭州450000)    摘 要：鏈?zhǔn)絊TATCOM由于具有分相控制能力、輸出無功電流諧波含量低、響應(yīng)速度快等優(yōu)點而 適合于不平衡負(fù)荷的平衡化補償。文中給出了采用鏈?zhǔn)絊TATCOM實現(xiàn)平衡化補償?shù)闹麟娐方Y(jié)構(gòu)及電壓無功綜合控制方法。三相補償電流相量采用對稱分量法 通過矢量變換獲得，單相無功功率采用單相瞬時無功功率算法得到，鏈?zhǔn)侥孀兤鞑捎锰囟ㄖC波消除PWM算法(SHEPWM)以保證輸出無功電流的諧波總畸變 率小于5，同時保證直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定。對所給出

2、的補償方法進行了仿真研究，結(jié)果驗證了鏈?zhǔn)絊TATCOM進行快速平衡化補償?shù)哪芰?#160;   關(guān)鍵詞：無功發(fā)生器；不平衡負(fù)載；平衡化補償 Balancing compensation of 3Ph unbalanced load with cascade inverters based STATCOMLUO Chen - lian, LIN Feng,LIU Zun-yi,JI Ying ,LIU Wen-hua(Henan Electric Power Dispatching and Communication Center,Zhingzhou 540000,China

3、)    Abstract：Dueto the separate phase controlcapability，thelowoutput current harmonics andfastresponse characteristics，cascadeinvertersbased STATCOMissuitable for balancing compensation of3Ph unbalanced loadMain circuitconfiguration and integrative voltagereactivepowercontrolschemefo

4、r balancing compensation with cascadeinverters based STATCOMis proposedThe 3Ph compensation currentis obtained through vectortransform with symmetrical weight methodThe single phase reactive poweris calculated with single phaseinstantaneousreactive power conceptSelective harmonics eliminated PWM(SHE

5、PWM)is employedto ensure thatthe THDofoutputcurrentislessthan5and the DCvoltage is controlledSimulation results provethefastresponse of outputreactive powerfor balancing the unbalancedload    Key words：STATCOM；unbalancedload；balancing compensation1引言在電網(wǎng)中，存在著很多種類的三相不平衡負(fù)荷，其電壓、電流不平衡可能給系統(tǒng)

6、中的用戶帶來多種危害1。為了減輕不平衡負(fù)荷對系統(tǒng)造成的危害，出現(xiàn)了多種解決方案。其中比較常見的是使用SVC來進行分相電納(無功)補償2。SVC雖然具有成本較低，響應(yīng)速度也較快的優(yōu)點，但是它也具有幾個重要的缺點：1)其中含有較多的無源器件電抗器或者電容器，體積龐大。2)SVC本身產(chǎn)生低次諧波電流，需要安裝濾波器。3)SVC輸出無功與系統(tǒng)電壓的平方成正比，系統(tǒng)電壓下降較多時，無法對系統(tǒng)提供足夠的無功支持。本文給出了一種新型的基于鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器的分相補償不平衡負(fù)載的方法。這種方法可以對任何三相不接地不平衡負(fù)載進行平衡化補償，不平衡的有功功率及全 部無功功率均可以被補償，使得經(jīng)補償后該負(fù)載對系統(tǒng)來說是

7、一個平衡的有功負(fù)載。和SVC裝置相比，該裝置有如下優(yōu)點：1)采用無功發(fā)生器發(fā)出無功，而不是 靠電容、電抗補償無功，使得裝置體積小，重量輕；2)裝置發(fā)出的無功電流諧波含量小，電流諧波總畸變率(THD)小于5，不需對裝置2基于鏈?zhǔn)絊TATCOM的不平衡負(fù)載平衡化補償?shù)脑?任何三相不接地的不平衡負(fù)載，都可以轉(zhuǎn)換為等效的三相三角形接線。每相負(fù)載都可以通過與之并聯(lián)合適的電容電感來實現(xiàn)負(fù)荷的平衡化補償。補償并不改變供 電電源與負(fù)載間的有功交換。SVC就是采用并聯(lián)電容或電抗補償不平衡負(fù)載的一種方法。同樣，鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器也可用于補償不平衡負(fù) 載。下面先介紹鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器的基本原理。圖1給出了鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器與

8、供電電源系統(tǒng)的連接圖，其中Us代表系統(tǒng)電壓，Ul代表鏈?zhǔn)侥孀兤鬏敵鲭妷旱幕ǚ至俊＠硐肭闆r下(逆變器損耗為0)，只要控制逆變器輸出電壓大小，就可以控制逆變器與系統(tǒng)交換無功的大小和方向，因而也就可以應(yīng)用于不平衡負(fù)荷補償。    實際逆變器損耗并不為0，穩(wěn)態(tài)時有： 式中，Km為逆變器輸出電壓基波有效值與直流電壓之比(稱為調(diào)制比)，Ud為直流電壓，Qs為STATCOM輸出到系統(tǒng)的無功功率，arctan(XR)，為Us領(lǐng)先Ul的相角。由(1)(2)式可知，只要同時控制角和Km，就可以控制鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器與系統(tǒng)交換的無功功率大小和方向，且可以保持直流電容電壓的穩(wěn)定。

9、3采用鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器的平衡化補償主電路如圖2所示，三相鏈?zhǔn)侥孀兤髋c連接電抗接成三角形，每個單相橋的電容獨立。每相鏈?zhǔn)侥孀兤饔蒒(N1，2，)個單相電壓型逆變橋輸出端串聯(lián)組成。 基于鏈?zhǔn)侥孀兤鞯臒o功發(fā)生器有如下優(yōu)點：    1)采用普通變壓器或直接接入系統(tǒng)，避免了多重化變壓器，減小了占地面積，降低了裝置成本；    2)可以現(xiàn)分相控制，實現(xiàn)不平衡補償；    3)采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于擴展裝置容量；    4)采用冗余功率模塊，提高了裝置可靠性；   

10、; 5)避免了多重化逆變變壓器激磁回路中剩磁和飽和非線性導(dǎo)致的裝置過電壓和過電流。4控制算法及實現(xiàn)為了控制無功發(fā)生器輸出補償所需要的無功功率，就需要知道每相負(fù)載各需要的無功功率補償 量。用負(fù)載線電流表示的每相需要補償?shù)碾娂{為：      而每相需要補償?shù)碾娏鳛椋?#160; 通過對稱分量法的矢量變換，可得到除正序電流相量的實部(即有功分量)以外的電流分量(包括正序電流相量的虛部和負(fù)序電流相量)，作為由補償裝置提供的補償電流。圖3給出了對稱分量法的矢 量變換框圖4。 獲得所需要的每相補償電流后，就可以構(gòu)造出采用需補償?shù)臒o功功率作為反饋量的閉環(huán)控制框圖。單相

11、無功功率的測量采用單相瞬時無功功率求解方法以確保測量的快速性5。圖4給出了采用無功功率做反饋量的無功補償控制算法框圖。圖中Iref為需補償?shù)臒o功電流值。在實際應(yīng)用中，除對負(fù)載進行平衡化補償外，還應(yīng)對負(fù)載電壓進行控制以保證其穩(wěn)定，因此應(yīng)采用如圖5所示的電壓無功綜合控制方法，即采用給定電壓與實際電壓的差值作為部分無功給定值，以兼顧電壓穩(wěn)定控制。圖5中，Us為三相電壓均方根值。由于三相直流電容獨立，因此可以采用脈沖幅度調(diào)制(PAM，即只控制脈沖相位，脈沖寬度固定)或脈寬調(diào)制(PWM，既控制脈沖相位，又控制脈沖寬度)為了在低的開關(guān)頻率下保證輸出無功電流最小化，應(yīng)采用SHEPWM調(diào)制3。5仿真研究為了驗

12、證采用電壓無功綜合補償控制的不平衡負(fù)載平衡化補償效果，采用每相由一個單相逆變器組成的STATCOM電路模型對不平衡 負(fù)荷補償進行了仿真研究，系統(tǒng)電壓為三相380 V。仿真采用PSCAD軟件。逆變器采用SHEPWM調(diào)制，開關(guān)頻率為500 Hz。負(fù)載包括兩部分，一為接成星型的對稱電阻性負(fù)荷，每支路電阻為20；另一部分是波動性感性負(fù)荷，電抗值在78 mh到157 mh之間波動。51動態(tài)補償特性圖6為一隨機波動的不平衡負(fù)荷電流波形，圖7為投入補償后系統(tǒng)電流波形?？梢姡琒TATCOM可以快速的補償波動的不平衡負(fù)載。52綜合補償特性采用如圖5所示的綜合補償控制方法時的補償效果見圖8和9。負(fù)載情況與穩(wěn)態(tài)補償

13、時相同。圖8為補償前(虛線)后(實線)的負(fù)載相電壓均方根值波形，圖9為補償后系統(tǒng)電流波形?？梢?，采用綜合補償可以在補償不平衡的同時兼顧負(fù)載電壓的穩(wěn)定。6結(jié)論    鏈 式STATCOM由于具有分相控制能力、輸出無功電流諧波小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點而適合于不平衡負(fù)荷的平衡化補償。各相補償電流可以通過采用對稱分量法的矢 量變換得到。為了在較低開關(guān)頻率下保證輸出電流諧波畸變較小并保持電容電壓穩(wěn)定，應(yīng)采用SHEPWM脈沖調(diào)制方法。仿真結(jié)果表明，所提綜合補償控制方法 可有效地對負(fù)載電壓波動和不平衡特性進行補償。參考文獻1林海雪電力系統(tǒng)的三相不平衡M北京：中國電力出版社，19982胡雨辰通用電能質(zhì)量監(jiān)測與控制器的研究碩士學(xué)位論文北京：清華大學(xué)電機工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，20013Jian SunHorst Grotsto