附带STATCOM的HVDC系统改进参考电压控制法

在弱交流系统下对于附带有STATCOM的电网换相换流器高压直流输电(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current, LCC-HVDC)系统,存在着LCC逆变站与STATCOM之间耦合导致LCC-HVDC系统的稳定裕度下降问题,这会减弱LCC-HVDC抑制换相失败的能力。此外,HVDC控制环节之中的电压指令电流控制(voltage dependent current order limiter, VDCOL)环节的输出电流指令大幅剧烈波动还有几率会导致HVDC系统在首次换相失败之后发生后续换相失败。针对上述问题提出了一种“改进参考电压”的思想,对STATCOM和VDCOL的参考电压与输入电压分别进行修正。首先在STATCOM原本的参考电压经过一个“虚拟电抗”之后得到一个新的参考电压,通过这个改进参考电压弱化了STATCOM电压外环控制模块与LCC逆变站的耦合,减小了交流系统等效阻抗的大小,提升了系统对干扰的抵抗能力。然后对VDCOL的输入电压进行改进,新的改进输入电压改善了故障后VDCOL输出电流指令的大幅剧烈波动情况。最后通过三个层次的对照试验,验证了所提方法的有效性。

虚拟同步机控制策略下的STATCOM相间电容电压平衡方法研究

针对基于直挂式级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在运行时产生的相间电容电压不平衡的问题,本文在虚拟同步机的控制策略基础上提出了一种平衡相间电容电压的方法。虚拟同步机具有响应速度快的优点,但用于静止同步补偿器来作无功补偿时会产生相间电容电压不平衡的问题。因此本文首先引入电容电压平均值来完成虚拟同步机的快速并网,其次将虚拟同步机算法的无功调节分为3部分来实现分相无功补偿,再在电压合成前引入电容电压平均值作反馈,以实现相间电容电压平衡。最后在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,验证了所提控制策略能有效解决相间电容电压不平衡问题,并且仿真结果表明所提控制策略具有良好的动态响应特性。

一种基于非线性电流跟踪算法的STATCOM相间电容电压平衡控制策略

针对基于级联H桥拓扑结构的静止同步补偿器在传统控制框架下所产生的相间电容电压不平衡问题,采用一种新型混合调制方法并提出了一种全新的非线性分相电流控制策略。首先,基于六模块十三电平级联H桥拓扑结构,阐明新型混合调制的调制原理,并阐述适用于新型混合调制的相内电容电压均衡策略。其次,推导了静止同步补偿器在两相同步旋转坐标系下的控制模型,并分析指出采用dq解耦控制存在的相间电容电压不平衡问题。针对相间电容电压不平衡问题,提出基于三相静止坐标系下的电流分相控制策略,通过Lyapunov稳定性判据第二法推导并设计实现对交流指令电流无差跟踪的非线性电流控制器。最后,在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型。仿真结果表明,所提控制策略在不同条件下均能保持相间电容电压一致和稳定,且具有良好的动态响应特性。

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.

级联H桥STATCOM状态反馈与电压均衡控制

具有高动态响应的静态同步补偿器(STATCOM)可以提高风电场系统在故障条件下的稳定性,并缓解风电场系统的电压波动。此处提出一种风电场级联H桥STATCOM状态反馈与电压均衡控制策略,借助状态反馈控制算法对系统整体特征值和特征向量进行赋值,使系统具有快速的动态响应和良好的稳定裕度,引入基于功耗补偿的级联H桥模块单元电压平衡策略,进而实现H桥模块单元的电压平衡和无功功率的均匀分布。最后搭建七电平级联H桥STATCOM验证所提状态反馈与电压均衡控制方案的有效性,实验结果表明所提方案可以实现风电场系统的稳定性和高动态响应,并很好实现H桥模块单元的电压平衡和无功功率均匀分布。

基于STATCOM的双馈风力发电机低电压穿越能力分析

为了对风电场低电压穿越(Low-Voltage Ride-Through, LVRT)动态响应特性及其治理措施进行研究,建立了双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)风电场仿真模型,讨论了DFIG网侧和转子侧变流器控制策略,并从风机机端电压、风机直流母线电压等关键方面分析了静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)在风电场低电压穿越防治中的应用有效性。分析结果表明,采用STATCOM可以显著改善风机在低电压情况的响应特性,同时STATCOM可以提供动态无功功率补偿,减轻电网低电压对风机的不利影响,有助于风机提供稳定发电能力,减少风电场停机时间和电网扰动。

基于双频功率回路的星形级联H桥STATCOM不平衡补偿研究

星形级联H桥静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)在中高压配电和输电网中应用广泛,但其负序电流补偿能力较弱,容易引起相间子模块直流电压的不平衡。为了实现任意不平衡度的负序电流补偿,文中提出一种基于双频功率回路的星形级联H桥STATCOM拓扑,该拓扑在传统星形结构基础上仅需增加两组相间RLC谐振器,并利用谐振频率分量实现相间功率的流动,且不影响工频补偿电流的输出。在分析拓扑工作原理的基础上进一步提出基于双频功率的控制策略,能够在相间重新分配三相不平衡功率,保证三相直流侧电压平衡,实现任意不平衡度的电流补偿。最后,针对所提出的拓扑及控制策略进行仿真及实验验证,证明所提方法的有效性与优势。

应用于LCC-HVDC受端STATCOM的PI与滑模切换控制策略

为解决在电网换相换流器型直流输电LCC-HVDC(line commuted converter based high voltage direct cur⁃rent)受端经历大扰动时传统PI控制下的静止同步补偿器STATCOM(static synchronous compensator)加剧受端电压崩溃的问题,提出一种PI与滑模切换控制策略。在小扰动下PI控制的STATCOM通过混合无功灵敏度因子HRPSF(hybrid reactive power sensitivity factor)精确计算无功补偿,在大扰动下STATCOM控制系统切换到滑模控制,通过Lyapunov函数证明滑模控制系统最终会达到稳定。在MATLAB/Simulink平台上将所提出的控制策略应用于LCC-HVDC受端换流站的STATCOM中进行仿真分析,结果验证了其合理性与有效性。

配电网储能型DSTATCOM电能质量综合补偿策略

为解决新能源发电、单相负荷等规模化接入给配电网所带来的多重电能质量问题,提出采用储能型配电网静止同步补偿器实现对配电网电压波动、电压越限、三相不平衡的综合补偿。首先,建立由正序控制环与负序控制环组成的统一控制器,其中,正序控制环可对光伏电源出力进行平滑控制,同时在出现大量有功反送时对公共点电压进行限幅安全控制;负序控制环引入虚拟复导纳对公共点电压三相不平衡进行补偿,同时通过推导出最优导纳角对储能型DSTATCOM输出的负序补偿电流进行优化。另外,采用自抗扰技术对正、负序电流环的动态性能进行提升。最后,在MATLAB/Simulink中搭建系统仿真模型。仿真结果表明,基于所提电能质量综合补偿策略的储能型DSTATCOM能够有效治理配电网电能质量问题。

基于STATCOM的新能源场站电压稳定调节策略

随着新能源发电的渗透率日益提高,汇集点处的电网容易受到新能源出力波动影响导致难以避免的电压扰动,需静止同步补偿器(STATCOM)参与电网中进行电压调节补偿。基于模块化多电平变换器(MMC)的STATCOM拓扑结构,详细分析了其对于公共耦合点(PCC)电压调节机理,在同步参考系锁相环(SRF-PLL)下,对其在新能源汇集点处的PCC电压调节的控制策略进行研究,并给出了具体实现方法。最后通过实验验证了所提策略对于实现新能源场站汇集点处PCC电压稳定控制的有效性。

MMC-STATCOM的不平衡补偿分析及控制

基于模块化多电平的静止同步补偿器(MMC-STATCOM)在补偿不平衡负载时需要考虑装置组成器件的电流承受能力,为了衡量MMC-STATCOM的不平衡补偿能力,可以将桥臂电流最大值与待补偿负序电流幅值的比值来作为衡量标准,并且可经理论分析得出影响其补偿能力的关键因素。此外,针对MMC-STATCOM中存在的内部环流,其直流分量可在处理功率平衡和相间平衡控制时被加以利用,其二倍频分量则予以消除。电流控制策略基于准PR控制,可实现对待补偿电流的快速跟踪和对环流二倍频分量的实时抑制,然后通过电压前馈控制得到包含多谐振环的调制波方程。各子模块直流侧电压分三层控制,其中相间平衡控制可首先利用功率平衡来实施,然后再通过环流的直流分量进行修正。相关分析结果的正确性和控制策略的有效性在仿真实验中得到了验证。

调制模型预测控制在基于STATCOM的煤矿电能质量治理的应用研究

大量电力电子设备及非线性负载接入煤矿电网,使得煤矿电网中存在大量电流谐波及无功功率,严重危害煤矿电网电能质量。传统电能质量治理策略大多采用比例积分(PI)调节器对静止同步补偿器(STATCOM)进行控制,以实现谐波抑制和无功补偿,但其参数难以调节且动态响应慢。针对上述问题,提出了一种基于调制模型预测控制(M2PC)的STATCOM控制策略。首先,采用i_(p)-i_(q)法检测出电网中的谐波电流和无功电流作为M2PC的参考电流;其次,根据参考电流及STATCOM数学模型计算出每个扇区的2个有效矢量和零矢量的占空比及扇区代价函数;然后,通过最小化代价函数得到最佳扇区和该扇区所对应的2个最佳有效矢量和零矢量的占空比;最后,根据空间矢量调制(SVM)方式分配开关脉冲,实现固定的开关频率,从而控制STATCOM发出补偿电流,以抵消电网中的谐波电流与无功电流。仿真和实验结果表明:投入基于M2PC的STATCOM前,电网侧电流畸变严重,电网侧无功功率波动大,电网侧功率因数存在波动且小于1;投入基于M2PC的STATCOM后,由于STATCOM补偿了电网侧谐波电流,使得电网侧电流总谐波畸变率(THD)大幅度降低,且由于STATCOM补偿了负载所需无功功率,电网侧无功功率基本保持为0,电网侧功率因数稳定为1,有效改善了电能质量。

STATCOM和同步调相机响应时间的仿真分析和比较

已有不少文献从多个方面对同步调相机和STATCOM作出比较,对响应时间的观点却存在显著差异,其原因在于对响应时间的定义及其计算方法的不一致,也在于对电网影响因素界定得不清晰。然而,响应时间又较为重要,以至于有时是一个影响方案能否被推荐的重要技术指标。首先约定阶跃响应时间的定义及其计算方法,接着搭建简单的、便于验证的等值系统,以便清晰地界定电网影响因素的边界条件,最后通过电磁暂态数字仿真技术从三个基本方面分别详细对比同步调相机和STATCOM阶跃响应时间。结果表明:同步调相机仅在电网电压幅值阶跃时,瞬态响应时间才略优于STATCOM。

基于STATCOM的新能源场站PCC电压调节策略

随着新能源发电的渗透率日益提高,汇集点处的电网容易受到新能源出力波动影响导致产生难以避免的电压扰动,需要静止无功补偿器(STATCOM)参与电网中进行电压调节补偿。基于模块化多电平变换器(MMC)的STATCOM拓扑结构,详细分析了其对于公共耦合点(PCC)电压调节机理,在SRF-PLL坐标控制系下,对其在新能源汇集处的PCC电压调节的控制策略进行研究,并给出了具体实现方法。最后通过实验验证了所提策略对于实现新能源场站汇集处PCC电压稳定控制的有效性。

级联型STATCOM不平衡故障穿越负序电流抑制

为了改善在电网不平衡故障穿越中,级联型H桥静止同步补偿器(CHB-STATCOM)输出电流对称度和谐波特性,首先建立了不平衡故障电网负序电压和STATCOM相直流侧电压的定量关系,揭示了分离直流侧电压可获得对应的交流负序电压分量机理,提出通过调节三相直流电压即可直接产生相应的交流负序电压分量,实现对输出负序电流抑制;其次,利用直流电压闭环调节进一步产生装置高调制比,以改善输出电流谐波特性,最后通过380 V/7 kVA级联型STATCOM动模原理样机验证了所提控制方法的正确性和有效性。

级联H桥STATCOM的电流检测和控制技术仿真研究

针对传统电流检测方法在非理想条件下精度不足的问题,在瞬时无功功率理论的基础上提出了级联H桥STATCOM的电流检测方法和相关控制技术,最后进行了实验仿真。仿真结果表明,改进后的检测方法可高效、准确地检测系统的无功电流,可及时调整无功功率,补偿实际电力需求,进一步抑制系统电压波动,提高系统性能。

STATCOM在改善风火打捆系统暂态稳定性中的应用分析

针对风火打捆运行模式使西北地区远距离输电的经济效益得到极大的改善,同时也导致电网系统稳定性降低的问题,结合双馈风机的外特性等效与静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)分别从故障前、故障期间和切除故障后,对系统的功角稳定性进行了分析。基于等面积定则,指出等效参数及STATCOM对功角稳定性的影响并通过仿真验证,得出STATCOM不仅可以改善系统的电压稳定性,而且还可以在一定程度上改善系统的功角稳定性。

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。