Comprehensive Energy-Saving Optimization Model of Asynchronous Motor for Voltage Regulation Based on Static Synchronous Compensator

There are several problems existing in the direct starting of asynchronous motor such as large starting current,reactive power absorption from network side and weak interference-resistance,etc.Aiming at this,a comprehensive energy-saving optimization model of asynchronous motor for voltage regulation based on static synchronous compensator(STATCOM)is put forward.By analyzing the working principle and operation performance of static synchronous compensator regulating voltage,a new energy-efficient optimization method for asynchronous motor is proposed based on the voltage regulator model to achieve soft start,continuous dynamic reactive power compensation and the terminal voltage stability control.The multi-objective optimal operation of asynchronous motor is realized by controlling the inverter to adjust the reactive current dynamically.The strategy reduces the influence of starting current and grid voltage by soft starting,and realizes the function of reactive power compensation and terminal voltage stabilization.The effectiveness and superiority of the proposed model is verified by the simulation analysis and the results of comparison with the motor started directly.

用于风电场无功补偿的STATCOM动态特性分析

建立了包含风力机和异步感应发电机在内的风电机组的整体动态数学模型;以建立的数学模型为基础确立了接入无穷大系统的风电场仿真模型。给出了一种新型的基于直流侧电容电压控制和系统无功电流反馈控制的算法对静止无功补偿器(STATCOM)实行控制,以渐变、随机和阵风这3种风速情况为例对STATCOM的补偿特性进行了仿真分析,并将其补偿效果与晶闸管投切电容器(TSC)进行了比较。仿真结果表明,与TSC相比,STATCOM在补偿过程中能迅速稳定地跟踪无功的变化,并且补偿时无明显的冲击电压和电流。

链式STATCOM的数学模型

数学模型的研究对于装置性能的研究、主电路参数设计和控制系统设计具有重要意义。该文通过傅立叶分解的方法,建立了链式STATCOM的数学模型。该模型正确反映了暂态过程中,基波电流有功分量、基波电流无功分量和电容电压平均值的变化规律。基于PSCAD的仿真验证了模型的正确性。该文还基于该模型讨论了链式STATCOM开环响应时间常数与主电路参数之间的关系。

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。

南方电网±200 Mvar链式STATCOM系统控制策略

在当前受端负荷中心缺乏电源支持、负荷高度集中的情况下,大容量静止同步补偿器(STATCOM)对于增加受端负荷母线动态无功支撑、提高电压稳定性具有重要意义。文中提出了一种大容量STATCOM的系统控制策略,设计了与变电站内固定电容器组配合的稳态调压控制策略、具有非线性增益的暂态电压控制策略,以及线路功率反馈的附加阻尼控制策略。此外,根据电压检测、电网故障判断、站内并联补偿状态等信息优化选取STATCOM运行模式,将多种控制功能有机协调。数字仿真试验和实际故障录波结果验证了文中所设计系统控制策略的合理性。所提出的控制策略已应用于南方电网±200Mvar链式STATCOM工程中。

采用GTO逆变器的±20 Mvar STATCOM

介绍了河南省电力局与清华大学联合研制的± 2 0 Mvar静止补偿器 (STATCOM)。该装置采用 4重共 48只 GTO的电压型逆变器以消除输出电压中 1 2 k± 1 (k=1 ,2 ,3… )次以外的谐波 ,GTO单管容量为 4.5k V/4k A。设计了一种新型的 GTO过电流保护、GTO关断过电压吸收电路及直流过电压抑制方法。控制器采用双机热备用结构 ,其采样、控制计算及脉冲发生器均采用基于32位数字信号处理器 TMS32 0 C31的高速数字控制方式。该装置已于 1 999年 4月投入现场试运行 ,结果证实了文中所给出的各种设计方法的正确性及可行性。

一种基于STATCOM的电网间同期并列复合系统

目前大部分同期并列装置主要是通过调整发电机的转速和励磁来调整频率差和电压差,只适用于发电厂与系统的并列,不适用于电网间的并列。文中提出了一种基于功率传递的电网间同期并列的方法,并将该方法与现有静止同步补偿器(STATCOM)技术相结合,形成具有电网间同期并列和无功补偿功能的复合系统。作为电网间同期并列装置,该系统具有速度快、操作简单等优点,可用于电网间自动快速同期并列和环网并列操作。在电网正常的情况下,可作为无功补偿装置使用,不会造成资源闲置。仿真实验验证了该方法的有效性。

静止坐标系下D-STATCOM自适应无差拍控制

提出一种静止坐标系下配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)的自适应无差拍控制方法。首先针对传统的D-STATCOM无差拍控制模型在开关频率低时存在较大误差的问题,将一个开关周期内的电网电压作为变化量来考虑,建立了新的静止坐标系下的D-STATCOM的无差拍控制模型。其次,为了克服D-STATCOM参数变化对补偿器性能的影响,利用最小二乘法进行参数的在线估计,以自适应修正控制模型,提高了补偿精度。另外,为了满足该控制方法对补偿电流参考值和电网电压进行预测的要求,提出一种复合预测方法,有效地提高了预测算法的精度和动态性能。仿真和实验结果表明所提出的控制方法具有控制精度高、响应速度快的特点。

SVC与STATCOM联合运行协调控制设计与仿真

针对静止无功补偿器(SVC)装置无法抑制电压闪变的缺点,提出了一种新型SVC与静止同步补偿器(STATCOM)构成的混杂装置以及基于模糊预测的联合运行方案,即利用小容量STATCOM抑制闪变配合大容量SVC补偿无功。对于抑制电压不平衡问题,探索了SVC分相控制的实现方法和效果。对含有混杂装置的单机无穷大系统的仿真结果验证了协调控制策略的有效性以及不平衡控制方法的正确性。

链式D-STATCOM的无源性控制

配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)由于其突出性能已被证明是配电网无功动态调节的有效手段,然而链式结构D-STATCOM每一相都由多个H桥逆变单元级联而成,是一个非线性多变量、强耦合的系统,难以同时实现无功电流与直流电压稳定均衡的控制。经过等效电路变换,建立单个H桥逆变单元的控制电路模型;基于无源性控制理论,设计无源性控制率,确保了对指令电流的渐进跟踪;通过给定指令电流,实现了链式D-STATCOM的无功电流的控制和直流电压稳定的控制;利用H桥逆变单元之间的能量交换实现了直流电压的均衡控制。仿真以及10 kV、±5 Mvar工程实际应用表明,此控制算法能够在实现无功电流控制的同时实现直流电压的稳定与均衡控制,且稳态特性好、动态响应快、算法实现简单、鲁棒性强,具有很强的工程实用价值,为链式D-STATCOM的研究、发展和产业化提供了基本保障和良好的平台。

基于晶闸管STATCOM的无功补偿控制

晶闸管STATCOM(static synchronous compensator)可吸收连续可调的无功,且不受电网电压影响。文中首先分析其数学模型;然后采用逆系统方法构造出伪线性系统,并结合滑模变结构控制理论,实现晶闸管STATCOM对负荷的直接无功功率补偿;最后对该控制系统进行计算机仿真。结果表明,文中采用的控制方法具有较好的动态性能和稳态性能,对负载无功变化的适应能力强。

大容量链式STATCOM 150Hz优化PWM控制策略的研究

正在研制的±50Mvar链式静止无功发生器(Cascade STATCOM)主开关管将采用集成门极换向晶闸管(IGCT),受其开关频率限制,主逆变器的调制方式选择范围有限。本文研究大容量链式STATCOM的150Hz 优化脉宽调制策略,给出了150Hz 优化PWM控制的基本算法及性能的理论分析。针对链式逆变器特有的直流电容电压不平衡问题,研究了脉冲循环换位机制在直流电容电压平衡控制方面的性能。在±18kvar链式STATCOM的原理样机上实现了本文设计的150Hz优化PWM控制,实验结果表明这种控制策略能够符合工程设计要求。

TCSC-STATCOM控制对风电并网系统电压稳定性的改善

针对风电并网系统中存在电压稳定性问题,提出一种可控串联补偿装置和静止同步补偿器联合控制的方法。该方法应用于风电并网系统中,采用静止同步补偿器双闭环反馈控制和可控串联补偿装置相结合的方法来保证系统在运行过程中有足够的无功功率来维持其正常工作。同时在Matlab/Simulink仿真软件中建立相应的仿真模型。通过对在不同工况下运行的算例波形进行研究分析,结果表明TCSC和STATCOM联合控制能有效快速恢复故障后风电并网处电压,提高电压的稳定性及风电场的故障穿越能力。且比TCSC或STATCOM单独控制所取得的效果更好。

用STATCOM改善系统电压调节特性的动模实验

Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ 是重要的并联型 Ｆ Ａ Ｃ Ｔ Ｓ 设备，可有效地改善系统电压调节特性，抑制冲击负荷造成的电压波动。通过理论分析和在±１０ ｋａｖｒ Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ 装置上的动态模拟实验，介绍了通过无功补偿维持负荷端电压的机理；报道了 Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ 用于电压调节的动模实验结果。实验结果显示，无论是连续变化的负荷还是冲击负荷， Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ 都可有效地维持负荷端的电压，从而达到改善供电质量的目的。

±20 Mvar STATCOM的工业现场测试及试运行

介绍了河南省电力局与清华大学联合研制的± 2 0 Mvar静止补偿器 (STATCOM)的构成 ,并结合该装置的并网试验及并网运行后的负载试验给出了装置在启动、桥臂直通保护、GTO故障诊断及 GTO驱动电源等方面的一些设计经验 ,给出了无功跳变等现场测试结果。

京沪穗电网暂态电压稳定问题与STATCOM应用

在京、沪、穗三大负荷中心电网暂态电压稳定问题日益突出的情况下,通过分析近年的失稳事故,总结出发生电压崩溃的3种可能,并使用电力系统综合稳定程序(PSASP)和NETOMAC程序以时域仿真方法分别对华北、华东和南方电网进行了暂态电压稳定评估,仿真中考虑了电动机模型和参数的影响。结果表明,京、沪、穗电网在线路故障或负荷突增条件下均有可能发生电压崩溃或扰动后电压恢复过慢的现象,需要进行动态无功补偿,安装静止补偿器(STATCOM)可以在不切负荷的情况下使系统电压符合稳定运行的要求。另外,基于目前电压稳定研究有待规范的状况,提出了负荷校验、扰动设置等亟待解决的问题和进一步的思考。

南方电网35kV±200Mvar链式STATCOM现场试运行

介绍了南方电网35kV±200Mvar链式静止同步补偿器(STATCOM)的现场测试与试运行,重点对启停试验、运行试验、动态特性试验、双套协调控制试验、运行范围和热运行试验、冗余试验中的一些技术问题进行了讨论。现场试验表明:STATCOM启停、紧急停机、定无功和定电压控制、双套协调控制等符合设计要求,运行稳定;阶越增减20Mvar时,STATCOM能在35ms内完成输出调节;投切电容器或电抗器时,STATCOM能在20ms内完成调节,过渡平稳,无冲击;阀组单元故障模拟试验的闭锁、旁路、重启和跳闸保护符合设计要求。试验结果也表明兼顾500kV和220kV母线电压的双目标优化控制策略的STATCOM直流侧电压平衡问题、输出电流谐波以及节能运行仍需深入研究。

STATCOM附加电压控制抑制次同步谐振的理论和仿真

提出了应用静止同步补偿器(STATCOM)附加电压控制抑制电力系统次同步谐振(SSR)的控制策略,并详细分析了其作用机理。以某典型串联补偿输电系统为实例,通过电磁暂态仿真验证了该控制策略的有效性。与利用静止无功补偿器(SVC)进行SSR抑制方案的仿真比较表明,同等容量下,应用文中提出的附加电压控制策略的STATCOM对系统SSR的抑制效果优于SVC。该方法为解决国内外输电工程所面临的SSR问题提供了参考,也为STATCOM装置的推广应用提供了依据。

四桥臂三相四线制并联型APF-STATCOM

通过增加畸变相位闭环控制环节准确锁定基波正序电压初相角,提出了一种能在电网电压不平衡或畸变时准确检测出基波正序有功电流和无功电流的谐波和无功电流检测算法,且可直接适用于三相三线或四线系统;给出了一种能在电网电压不平衡或畸变时对基波正序无功功率进行独立补偿的解耦控制方案。基于所提检测方法及控制方案,四桥臂三相四线并联型APF-STATCOM能在电网电压不理想和负载不对称且非线性的条件下实现用同一原理同时实现谐波抑制、无功和负载不平衡补偿这几种功能。理论推导验证了所提检测方法的正确性,基于Matlab/Simulink的仿真结果证明了所提检测方法及控制方案的有效性,并且具有良好的动态特性和快捷的无功阶跃响应。

基于直接电流控制的D-STATCOM装置研制

根据配电网无功功率动态补偿的工程需求,研制了一种基于DSP直接电流控制的±50 kVA配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)装置。详细介绍了D-STATCOM构成、开关器件选型、输出滤波器设计和功率器件驱动电路设计等关键技术,并设计开发了基于TMS320LF2407型数字信号处理器DSP的直接电流控制器,在此基础上进行了D-STATCOM负荷综合补偿的开环并网和闭环并网实验研究。实验结果表明该装置无功动态补偿性能优越,并能有效抑制负荷谐波和三相不平衡,从而验证了所研制的D-STATCOM装置及其设计方法的可行性。