35kV±200M var STATCOM系统总体设计

针对东莞站无功补偿及提高电压稳定性的需求,给出了基于IEGT器件的35 kV±200 Mvar STATCOM装置的总体设计,提出了双三角接链式结构的主电路,避免了开关器件的并联与串联。同时,针对存在2个积分环节的锁相环无法快速检测系统电压相位跳变的缺点,提出了一种只有单个积分环节的新型锁相环;根据电网对STATCOM的多目标要求,设计了根据电网状态识别控制目标的多目标协调控制策略。以东莞站实际电网为背景对STATCOM的控制策略及效果进行了仿真,结果表明STATCOM装置在短路后能够快速输出无功功率,有效提高220 kV母线电压,可满足稳态与暂态条件下系统运行的要求。

改进的STATCOM相内直流电容电压平衡控制策略

在三角形接线方式下,分析级联H桥变流器静止同步补偿器(STATCOM)直流侧电容电压稳态数学模型,重点研究电压内环对直流侧电容电压控制的影响。同时,分析不加电压内环与传统电压内环的控制策略。在此基础上,提出利用变流侧电流反馈来叠加误差信号,以实现每个H桥调制波微小的移相,省去了锁相环,算法简单易行。仿真实验证明:在STATCOM补偿无功与谐波电流时,该策略都能使各H桥直流侧电容电压达到很好的平衡,稳态误差小。最后,搭建了电压660V、容量300kvar的试验样机进行补偿特性分析,试验结果表明该策略的正确性与有效性。

多电平变换器补偿不平衡负载的应用分析

为了准确分析级联H桥星型接法变换器、级联H桥角型接法变换器和模块化多电平变换器在电网故障情况补偿不平衡负载的能力,根据功率平衡原理分别建立了这三种多电平变换器的数学模型进行对比分析,并得出结论:基于级联H桥星型接法的STATCOM不适合补偿不平衡负载。基于级联H桥角型接法变换器的STATCOM在电网电压正常时能很好地补偿不平衡负载,但是当电网电压发生故障时补偿不平衡负载的性能迅速降低。基于模块化多电平变换器的STATCOM无论是在电网电压正常还是故障不对称的情况下都能很好地补偿无功电流和负序电流。最后,基于Matlab/Simulink仿真结果表明了理论分析的正确性和有效性。

角形级联SVG不平衡补偿的控制策略

角形级联静止无功发生器(static var generator,SVG)能够对无功和负序电流进行综合补偿,是目前高压大容量应用场合最有效的电能质量解决方案之一。针对角形SVG在电压不平衡工况下的控制问题,分析了线电压与补偿器相电流在各相链节产生的不平衡有功功率;结合相量关系,推导了满足角形SVG线电压相量与相电流相量垂直约束关系的零序电流表达式。在此基础上,提出一种适用于不平衡工况下的角形级联SVG控制方法,能够改善补偿器动态响应性能,减小负序电压对补偿性能的影响。最后,仿真和实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。

三角形连接链式STATCOM三倍频环流优化研究

三角形连接链式STATCOM的三相桥臂之间存在三倍频环流,为分析三倍频环流的大小及其影响和优化控制方法,首先提出了基于循环耦合关系的解析分析方法,该方法可准确计算出换流器的三倍频环流;其次,应用该解析方法分析了三倍频环流的存在对于链节电容电压波动的影响,并进一步提出了以降低链节电容电压波动和减小所需电容值为目标的三倍频环流优化控制方法,该控制方法可以有效降低装置的体积和成本;最后,通过仿真验证了所提出的解析分析方法和三倍频环流优化控制方法的有效性。

一种三角形联结串联H桥SVG直流侧电压控制方法研究

通过对三角形联结串联H桥SVG直流侧电压均衡控制进行深入研究,建立三层直流侧电压均衡控制系统。第一层为总直流侧电压,通过产生基波正序有功电流维持三相所有H桥模块直流侧电压之和恒定;第二层为三相之间均衡控制,通过在变流器指令电压中注入零序电压产生零序电流实现三相功率的再分配,实现三相均衡;第三层为每相内部各H桥模块均衡控制,通过沿电流方向微调每相各模块指令电压实现各模块吸收的功率重新分配,进而保证模块直流侧电压等于给定值。最后通过实验验证了该控制方法的可靠性和有效性。

高压链式STATCOM的最近电平调制策略研究

三角形接线方式是高压级联多电平静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的较优接线方式,但接入电压为线电压,因此,在同样绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)器件下,每条换流链需要更多的链节。以三角形接线为例,采用不平衡aβ坐标系下的单相锁相环和分相控制策略产生调制波,该调制波通过最近电平调制产生脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲。通过仿真和物理模拟系统试验,说明最近电平调制在三角形接线下最近电平调制的可行性。最后,通过比较载波移相调制方法和最近电平调制方法,说明最近电平调制虽然会在小电流情况下引入少量间谐波,但其无需附加均压控制,更适合链节数量更多的情况;因此,最近电平调制有利于提高STATCOM的电压等级和容量。

弱受端场景下角型链式STATCOM接入HVDC系统的阻抗建模及稳定性分析

为抑制电网换相换流器型高压直流输电(line-commutated converter based high-voltage direct-current,LCC-HVDC)换相失败的发生,静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在受端系统得到应用。然而随着LCC-HVDC系统的发展及新型电力系统的构建,受端电网呈现弱电网的特征。在弱电网条件下,LCC-HVDC系统、STATCOM与弱受端电网交互作用容易引发谐波振荡。该文采用阻抗分析法分析了含角型链式STATCOM的LCC-HVDC系统与受端电网的交互稳定性问题。首先提出一种改进的LCC交流电流和直流电压计算方式,以避免LCC复杂的换相开关函数的线性化。然后基于谐波状态空间(harmonic state space,HSS)理论,分别推导了LCC-HVDC系统以及角型链式STATCOM的多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)阻抗模型。此外,为了便于阻抗测量和稳定性分析,将MIMO阻抗模型等效转化为单输入单输出(single-input single-output,SISO)阻抗模型,并分析了角型链式STATCOM未接入和接入LCC-HVDC系统下的阻抗特性,揭示了含角型链式STATCOM的LCC-HVDC系统在弱受端电网下振荡的机理。分析表明:LCC-HVDC系统单独运行时受端系统容易在中低频段出现正序谐波振荡,而角型链式STATCOM接入后受端系统容易在中低频段内出现负序谐波振荡。最后,通过仿真验证了分析的正确性。

小电容应用下的三角形联结级联H桥STATCOM建模和最优控制器设计

三角形联结级联H桥静止同步补偿器(Static synchronous compensator,STATCOM)能够提高电网的传输效率和电能质量。H桥直流侧小电容的使用可以减少STATCOM的建造成本和占地面积。然而直流侧电容的减小造成电容电压的波动增大,导致小电容STATCOM数学模型和传统STATCOM有所不同。文章考虑了H桥直流侧小电容应用下的电容电压波动对系统模型的影响,建立了针对三角形联结级联H桥STATCOM的基于多变量系统的状态空间模型,进而提出了一种基于多变量最优控制的有限时域线性二次调节器(Linear quadratic regulator,LQR),旨在将系统内部的多个变量在所定义的性能指标函数下进行最优调节,该方法相较传统的级联PI(D)控制器系统,具有通用性好、便于处理内部变量耦合问题等特点。最后,通过仿真对所建模的三角形联结级联H桥STATCOM系统和有限时域LQR控制器进行了验证。

基于无谐波检测的角型级联式APF控制策略

角型级联式有源电力滤波器(APF)在中高压和大功率场合的谐波抑制上具有广泛的应用。首先建立了角型级联式APF的数学模型,提出了一种无谐波检测环节的系统控制策略,给出了控制策略中各个环节实现方法。在该控制策略中电流内环采用准比例谐振(PR)控制器,消除了传统APF的谐波检测环节,使得整个控制更加简洁,并同时实现了对谐波电流的无静差跟踪。仿真和实验结果证明了所提控制策略的有效性。

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。

基于滑模控制的角形级联静止同步补偿器快速不平衡补偿方法

电网发生故障或者接入大功率不平衡负载时,会出现电网电压不对称,影响系统稳定运行,对其快速地进行无功补偿显得尤为重要。角型级联静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)能够对无功和负序电流进行综合补偿,是目前高压大容量应用场合最有效的电能质量解决方案之一。然而角形补偿器相电流指令信号获取方法较为复杂,指令计算速度慢,难以实现快速补偿。为此,提出一种基于滑模控制的角形级联STATCOM快速不平衡补偿方法,在根据电网电压不平衡度计算电流补偿指令时,引入滑模控制并与PI调节相结合,提升不平衡补偿指令计算速度。结合角形级联STATCOM的电压稳定控制、相间平衡控制和电流内环控制,实现电网电压的快速支撑。最后,通过仿真研究验证所提控制方法的正确性和有效性。