STATCOM結(jié)構(gòu)與工作原理分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u28524STATCOM結(jié)構(gòu)與工作原理分析概述 1220841.1STATCOM基本結(jié)構(gòu) 1307251.2STATCOM工作原理 3216551.3負(fù)載不平衡條件下STATCOM數(shù)學(xué)模型分析 51.1STATCOM基本結(jié)構(gòu)STATCOM的簡單結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。直流側(cè)串聯(lián)著一個(gè)電容器，開關(guān)器件與二極管反并聯(lián)。開關(guān)設(shè)備一般采用完全控制的雙向晶閘管，例如IGBT。它的開關(guān)狀態(tài)始終保持在可控狀態(tài)，并且無需反轉(zhuǎn)電流方向。反并聯(lián)二極管具有續(xù)流效應(yīng)。所以，如果要達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)哪康?，僅需根據(jù)負(fù)載對無功電流的需求，有效地調(diào)節(jié)STATCOM開關(guān)裝置以調(diào)節(jié)STATCOM的補(bǔ)償即可。假設(shè)STATCOM開通關(guān)斷設(shè)備的耐壓水平與電網(wǎng)相同，STATCOM在星型與三角型連接兩種不同情況下所需要級聯(lián)的H橋單元數(shù)量不同。在星型連接下，STATCOM此時(shí)兩端的電壓是輸電系統(tǒng)相電壓，當(dāng)采用三角形設(shè)備接線方案時(shí)，STATCOM在工作時(shí)其兩端的電壓的則是線電壓。在星型連接的STATCOM電路中，中性點(diǎn)中存在電路和磁路的耦合現(xiàn)象，情況較為難以把握，與之相反的是三角型接線，其在工作時(shí)兩側(cè)所接為輸電系統(tǒng)的實(shí)際電壓，不同相設(shè)備中不存在這種耦合現(xiàn)象，較為易于分析。在實(shí)際生產(chǎn)生活中兩種接線各有采納。此篇文章則采用星型連接的級聯(lián)H橋。通常情況下，可以將STATCOM的基本原理理解為：是將逆變橋直接并聯(lián)在交流系統(tǒng)上，或者通過電感并聯(lián)在交流系統(tǒng)上，除此之外在一定程度上對逆變器中電力電子器件的閉合與斷開加以合理的控制，改變STATCOM輸入電網(wǎng)電流的幅值和相位，以達(dá)到所需要的無功補(bǔ)償?shù)囊蟆?-1逆變橋并聯(lián)接入結(jié)構(gòu)圖STATCOM鏈電路如圖2-1所示。每個(gè)相均由數(shù)個(gè)串聯(lián)的逆變橋組成。三相逆變器采用星形連接法或三角形連接法，并根據(jù)連接串聯(lián)電抗器連接系統(tǒng)軟件。由于STATCOM鏈的三個(gè)相是分開的，因此僅需研究單相電。低于標(biāo)準(zhǔn)：（1）每個(gè)逆變橋的主要參數(shù)必須要完全相同；（2）所有設(shè)備損耗（包括逆變器本身工作產(chǎn)生的損耗，以及連接電感工作時(shí)的損耗）由等效電路串聯(lián)電阻表示；（3）STATCOM鏈采用載波通信相移PWM控制方法。根據(jù)功率開關(guān)器件的組成劃分：GTO型，IGBT型，IGCT型，GTR型，MOSFET型，還有混合型器件，IPM型。GTO型具有耐高壓，工作電流大，體積大的優(yōu)點(diǎn)，但是它必須是專業(yè)的高速緩存電路，這會使電路復(fù)雜并且具有很大的損耗。因此，結(jié)合其自身特性不難發(fā)現(xiàn)，GTO類型功率開關(guān)器主要用于大空間無功補(bǔ)償器。常見IGBT類型設(shè)備有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如：其運(yùn)轉(zhuǎn)的速率明顯優(yōu)于其他同類設(shè)備，在工作過程中不恨產(chǎn)生太多功率損失，以及具有單位時(shí)間內(nèi)高功率斷連次數(shù)的獨(dú)特性質(zhì)。密鑰用于中小型STATCO;IGCT不僅具有與GTO相同的高勢壘工作能力和低導(dǎo)通損耗，而且具有與IGBT相同的功率開關(guān)特性，這是GTO和IGBT相輔相成的所得出的成果。2-2

鏈?zhǔn)絊TATCOM原理電路鏈?zhǔn)紿橋型結(jié)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)用中十分方便，具有高度集成模塊化的特點(diǎn)。構(gòu)建逆變器時(shí)可以將其分為一個(gè)個(gè)小模塊靈活組裝，用最少的設(shè)備數(shù)量實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的性能。但是這種方式存在實(shí)現(xiàn)方法單一的問題。三相有星形接法和三角形接法兩種。將投運(yùn)到黃渡分區(qū)西郊變電站,所應(yīng)用的為三角型線路連接方案.在這其中還存在一些不利因素:比如獨(dú)立的單相橋的兩端工作實(shí)際電壓不穩(wěn)定和=并且電壓實(shí)時(shí)數(shù)值偏差過高不夠平穩(wěn),為了結(jié)局這個(gè)重要問題:我們可以采取利用調(diào)整系統(tǒng)電路的手段來規(guī)劃電容兩端電壓不穩(wěn)定的情況;首先要將容量調(diào)整為適合當(dāng)前的電容器來束縛電容電壓極限偏差的數(shù)值,削弱極限偏差對電容器使用年限的負(fù)面作用.嘗試?yán)酶喾N類的原件電路從而搭建起集合式多電平逆變器,只有這英才能用盡可能少的原件數(shù)來構(gòu)造盡可能多的電平數(shù),這便是本文想要設(shè)計(jì)的一種與傳統(tǒng)逆變器整體構(gòu)造相仿的先進(jìn)系統(tǒng)布局.1.2STATCOM工作原理STATCOM中的H橋單元可等效為一個(gè)可控交流電壓源，通過對各H橋單元開關(guān)器件的控制來調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值和相角，從而就能實(shí)現(xiàn)對無功功率的動態(tài)補(bǔ)償。當(dāng)只考慮電網(wǎng)中的基波信號時(shí)，STATCOM單相等效電路結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。2-3STATCOM單相等效結(jié)構(gòu)電路圖2-2中的與分別為PCC電壓相量與STATCOM輸出電壓相量，為STATCOM輸出電流相量，連接電抗為,流經(jīng),與R產(chǎn)生電壓相量。在不計(jì)電阻R的理想情況下，STATCOM有功功率損耗為零，即與同相位，通過改變K就能改變，從而改變STATCOM輸出的無功功率。當(dāng)大于時(shí)，滯后角度,STATCOM吸收感性無功功率;當(dāng)小于時(shí)，超前K角度,STATCOM吸收容性無功功率，理想情況下的系統(tǒng)相量圖如圖2-3所示。2-4電流滯后2-5電流超前在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，開關(guān)器件等損耗不可忽略，損耗常用等效電阻R來帶替，因此STATCOM需要吸收有功功率來補(bǔ)償這部分有功損耗以滿足有功功率平衡。非理想情況下的系統(tǒng)相量圖如圖2-5所示，此時(shí)與間的相角減小了角度，通過改變K就可以調(diào)整，從而就能改變STATCOM輸出無功功率的性質(zhì)。2-6電流滯后2-7電流超前有如下幾種STATCOM的本地控制模式:1)以恒定的無功輸出功率。STATCOM通常通過電抗器接入系統(tǒng)。STATCOM對進(jìn)行分析，從而來控制每一相的,完成控制對裝置的輸出電流。2)控制母線殘留無功功率。采用此模式時(shí)STATCOM通過檢測當(dāng)前母線送入系統(tǒng)的無功功率,來比較得出給定殘留無功功率與母線無功功率的差值,控制STATCOM向電網(wǎng)補(bǔ)償無功功率,通過閉環(huán)調(diào)節(jié)最后達(dá)到為零的目的。3)控制母線功率因數(shù)。因?yàn)槟妇€有功功率不會受到STATCOM對其施加的控制,所以在此模式下STATCOM控制器會采取檢測母線的電流，母線的電壓來計(jì)算并結(jié)合給定的功率因數(shù)計(jì)算出無功功率參考值,最終起到控制母線功率因數(shù)的作用。4）操縱母線端上的電壓。在這此模式下工作時(shí)，STATCOM通過運(yùn)用檢查母線端上電壓的方法來計(jì)算得出當(dāng)前母線電壓與給定參考電壓之間的實(shí)際差值，填充母線所需要的無功功率補(bǔ)償，并將無功電流引起的電壓用于系統(tǒng)的等效電路特性阻抗。閉環(huán)控制系統(tǒng)用于達(dá)到使特定母線電壓與參考電壓之差為零的目的。5）過渡過程的強(qiáng)制對策。驗(yàn)證系統(tǒng)電壓達(dá)到一定的低值且容易消耗或電壓下降速度過高時(shí)，可以將STATCOM設(shè)置為進(jìn)入強(qiáng)制補(bǔ)償狀態(tài)，以達(dá)到系統(tǒng)在運(yùn)行過程中電壓支持點(diǎn)的必要標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)瞬態(tài)過程。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，開關(guān)器件等損耗不可忽略，損耗常用等效電阻R來帶替，因此STATCOM需要吸收有功功率來補(bǔ)償這部分有功損耗以滿足有功功率平衡。非理想情況下的系統(tǒng)相量圖如圖2-4所示，此時(shí)氣與人間的相角減小了6角度，通過改變K就可以調(diào)整人，從而就能改變STATCOM輸出無功功率的性質(zhì)。1.3負(fù)載不平衡條件下STATCOM數(shù)學(xué)模型分析當(dāng)三相電網(wǎng)在電壓負(fù)載不平衡的狀態(tài)下工作時(shí)，并且只將基波電動勢納入考慮范圍，那么電壓基波相量可以拆分為多個(gè)部分，正序電動勢，負(fù)序電動勢和零序電動勢三者的復(fù)合，也就是:（2-1）式中:,,分別為正序、負(fù)序、零序基波電動勢峰值;，，分別為正序、負(fù)序、零序電動勢初始相位角。在輸電線路中負(fù)載是星型不接地連接狀態(tài)工作時(shí)，此時(shí)負(fù)載上面不存在零序電流流過，所以不需要考慮零序電動勢所產(chǎn)生的相關(guān)作用及影響，將電網(wǎng)電動勢視為只由正序分量，與負(fù)序分量共同合成電動勢。對于兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和三相靜止坐標(biāo)系的分析，式(2-2)可以描述為:（2-2）(2-3)式中:C23為靜止坐標(biāo)變換矩陣;R(θ)為正序坐標(biāo)變換矩陣;R(-θ)為負(fù)序坐標(biāo)變換矩陣。如果只考慮基波分量可以得到式(2-4):（2-5）在靜止坐標(biāo)系下：（2-6）假如此時(shí)三相電網(wǎng)處在不平衡的工作狀態(tài)，則相應(yīng)的矢量可以拆分為存在正序分量，以及負(fù)序分量的復(fù)合分量。此時(shí)可以將復(fù)平面兩兩相互垂直的靜止坐標(biāo)系(α，β)經(jīng)變換處理成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d,q)，相量各序分量可以表示為式(2-7):(2-7)式中:ω為電網(wǎng)電動勢角頻率;Us，，，，分別為坐標(biāo)系(α，β)中PCC點(diǎn)電壓復(fù)矢量、換流器交流側(cè)電壓復(fù)矢量和換流器三相交流電流復(fù)矢量;,分別為坐標(biāo)系(d,q)中PCC點(diǎn)處電壓正序、負(fù)序復(fù)矢量;,分別為坐標(biāo)系(d,q)中換流器交流側(cè)電壓正序、負(fù)序復(fù)矢量;,分別為坐標(biāo)系(d,q)中換流器交流電流正序、負(fù)序復(fù)矢量。