含大规模新能源的电力系统STATCOM选址及容量优化

为了改善含大规模新能源电力系统电压稳定性,针对大电网系统提出了一种基于分区优化的静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)动态无功多目标选址定容方法。提出了一种基于电气距离和暂态电压特性的分区方法,能够有效地考虑电力系统拓扑结构、线路参数以及励磁系统参数和稳定器参数等对电力系统分区的影响;采用电压控制指标辨识STATCOM最优安装节点;构建了包含投资成本、静态电压稳定指标和暂态电压严重性指标的多目标动态无功规划模型;采用基于自适应协方差矩阵和混沌搜索的多目标群搜索优化算法和熵权理想度排序法对多目标无功规划模型进行求解和决策推理。对所提方法在某省级规划电网中进行了测试,仿真结果表明,优化后的STATCOM配置方案能够有效改善电力系统静态和暂态电压稳定性。

储能型STATCOM的优化电压支撑控制策略

针对高压直流输电系统受端换流站发生接地故障时暂态电压失稳问题,提出一种综合故障检测与有功无功输出的储能型链式静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)控制策略。储能型STATCOM具有功率四象限运行能力,通过协调装置输出的有功、无功功率可以优化电压支撑效果。首先,改进了故障检测方法,采用双重检测快速判断故障起止时刻。其次,在故障期间控制储能型STATCOM输出一定量的有功功率,可以有效抑制受端连续换相失败,抬升交流电压最低值。同时,对无功功率进行控制切换,避免故障清除后无功回撤不及时导致的受端暂态过电压问题。在PSCAD/EMTDC仿真平台的CIGRE标准系统中对所提电压支撑控制策略与储能型STATCOM常规控制进行对比。结果表明,在不同故障场景中,所提控制策略均能达到更好地电压支撑的效果。

相角前馈改善STATCOM直流电压控制的分析与仿真

STATCOM是应用非常广泛且被长期研究的灵活交流输电装置,STATCOM性能的提升和成本的降低一直是研究的重点和热点。在分析基于派克坐标变换的三相锁相环鉴相器输出特性的基础上,提出了具有相角瞬时跟踪特性的三相锁相环,改进STATCOM直流电压的暂态性能,以期通过减少直流电容容值、增加直流电压来提升直流电容或IGBT等部件的利用率。在PSCAD软件中分别搭建了三相桥STATCOM和链式级联STATCOM的等值仿真系统。系统地仿真并分析了无功电流指令的跃变,电网电压幅值、相角和频率的跃变等小扰动工况和电网发生短路故障的大扰动工况。仿真分析对比的结果表明,如STATCOM公共连接点电压相角在扰动过程中有显著变化,则新方法的直流电压控制特性显著优于传统方法,无功功率响应速度也略有提升,且能明显降低直流电容的电气应力。

基于电压重注式STATCOM的控制策略研究

随着电力电子器件的制造水平不断提升和人们对电能质量要求越来越高,基于电压重注式变换器的静止同步补偿器(STATCOM)动态响应速度快,不需要滤波装置且输出电压谐波含量较低,并且适用于高压大功率的输电系统。直流电压重注式STATCOM的主电路重注拓扑结构由两个三相全桥串联和附加的重注支路构成,重注支路采用级联H桥结构。重注电压产生过零区间能够实现三相全桥开关零电压通断,设计了重注支路脉冲序列构成方法并提出改进循环逻辑触发时序,仿真表明重注支路在特定的循环触发脉冲作用下可以有效抑制重注式级联H桥中电容电压不平衡。利用仿真平台验证了该变换器在过零关断、消除谐波等工作特性方面的优点。把无功电流作为直接的控制命令,建立闭环控制系统,验证该STATCOM在高压大功率系统中能够有效降低谐波含量和开关频率,提高装置和系统的运行可靠性,特别适用于高压大功率环境。

大容量STATCOM与弱受端直流VDCOL协调控制策略优化研究

由于弱交流系统电压对无功功率变化极为敏感,换流站内静止同步无功补偿器(static synchronous compensatory,STATCOM)与直流的控制若协调不当,故障后直流功率过快恢复会引起换流站的无功功率失衡、电压畸变、连续换相失败等严重问题,对直流稳定运行产生较大影响。分析了落点弱交流系统故障后直流的恢复问题,提出了一种STATCOM与直流系统的电压指令限制单元(voltage dependent current limiting,VDCOL)综合优化的方法,搭建了STATCOM与直流联合运行的RTDS仿真模型并开展仿真与现场实验验证。结果表明所提出的优化方法可限制故障后直流电流超调,减少无功功率消耗。同时直流恢复时间适当延长以及STATCOM的有效配合有利于交流电压恢复和减少后续换相失败风险,对提高弱受端交流系统中直流稳定运行的效果明显。

考虑STATCOM多种控制模式的无功储备优化方法

针对静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)在无功补偿以及抑制电压频繁波动等场景下的优良特性,对STATCOM的V-I输出特性进行详细分析,说明其参与电压控制的原理以及和容抗器相比具有的优越性。为了增大STATCOM的无功裕度,使之有足够的能力应对电力系统可能出现的各种扰动,提出STATCOM接入系统的各种控制模式,以及在稳态电压控制模式下的无功置换策略和远方自动电压控制(automatic voltage control,AVC)模式下的无功置换优化方法。在远方AVC模式下,以STATCOM无功置换后出力最小和容抗器动作次数最少为目标函数,将容抗器投切次数作为罚函数引入到目标函数中,并讨论罚函数系数的确定方法和合理性。结果表明,该无功置换优化模型可以满足调压的同时最大限度地提升STATCOM的无功裕度,同时可以使容抗器的动作次数最少。

级联STATCOM 直流侧电容电压失衡分析

在托卡马克磁体电源系统运行过程中,发现其对应的无功补偿装置级联静止同步补偿器(STATCOM)各相链节间存在直流侧电压失衡的现象,且随着补偿电流增大。这一失衡程度有增大的趋势,这一问题会影响装置的稳定可靠运行,严重时会直接导致装置停止运行。通过建立STATCOM的电路模型,结合其电路模型建立了相应的数学模型,研究了电网谐波、电容容量、损耗以及脉冲触发延时对电容电压失衡的影响。通过MATLAB/Simulink仿真软件验证,发现电网谐波、电容容量差异、开关触发脉冲延时差异、并联型损耗差异以及混合型损耗差异是造成STATCOM直流侧电容电压失衡的重要原因。

新型SFCL与STATCOM在风电并网系统的联合应用研究

针对风电并网系统中发生三相短路故障电压跌落的问题,提出一种新型超导故障限流器(SFCL)与静止同步补偿器(STATCOM)联合应用的方法。通过搭建仿真模型,在电压稳定性改善与短路电流抑制两方面分别设置3种方案,将方案相互对比得出结论。在电压稳定性改善方面,新型SFCL与STATCOM联合控制效果最优;在短路电流抑制方面,单独利用新型SFCL控制效果最优。综合两方面考虑,利用新型SFCL与STATCOM联合控制对提高风电并网系统暂态稳定性效果最优,其不仅可以减小风电系统并网处母线电压跌落程度,还能抑制故障短路电流,维持系统暂态稳定。

基于STATCOM的风电场无功补偿设计

本文以浙江某海上风电场为背景,以无功补偿装置为研究对象,针对风电场升压站低压侧存在电压波动、谐波干扰等影响电能质量的问题,提出了一种基于静止同步补偿器(STATCOM)的风电场无功补偿设计。该方案通过电压外环和电流内环控制,实现对线路的无功补偿。在此基础上进行实验,通过在MATLAB/SIMULINK平台上搭建仿真模型,验证该设计方案能较好应对电压波动,并稳定线路功率;在实际某海上风电场现场设备中布置±40 MVar的无功补偿设备,通过采集现场数据并分析,结果表明该设计方案能有效抑制五次谐波和七次谐波,降低电压总畸变率,提升电能质量。通过仿真与生产现场实验验证,结果表明该方法能有效改善输出无功补偿效果,提升电能质量,具有良好的实际应用价值。

STATCOM单个子模块旁路失败跳闸原因分析及改进方法

STATCOM(静态无功补偿装置)属于近几年在电力系统中推广的一种新型无功补偿装置。它的优点非常明显,既可以发容性无功也可以发感性无功,同时它的无功调节范围大,精度高、响应快。但STATCOM的缺点也非常明显,因为技术新,缺乏运维经验,运行时总是存在各种各样的问题,需要在运维过程中去发现,去改进。本文就STATCOM在运行过程发生的因单个子模块旁路失败导致跳闸的原因进行分析,同时提出改进方法。

基于改进瞬时对称分量法的STATCOM负序、零序电流优先补偿策略

为了提高三相四线制电力系统中静止同步补偿器(STATCOM)在补偿负荷中的利用率,基于改进的瞬时对称分量法提出了一种针对STATCOM的负序、零序电流优先补偿策略。该策略将系统参数分解成为正序、负序和零序网络后,得到实时的正序、负序和零序分量。利用控制负序电流和零序电流补偿三相负载不对称产生的负序分量和零序分量。利用控制正序电流补偿系统波动产生的谐波分量和无功分量。当STATCOM补偿容量不足时,优先补偿负序电流和零序电流,尽可能地补偿无功电流。结果表明,该补偿方法可以使STATCOM准确地动态补偿配电网三相负荷不平衡产生的负序、零序分量。

STATCOM工作原理与现场应用

本文主要论述了STATCOM在柔性交流输电系统中重要的地位,应用在多领域中,在输电网,风电场,电气化铁路,冶金领域中发挥重要作用。并且对比传统补偿装置论述了STATCOM快速性、动态性的优势。另外,介绍了STATCOM的工作原理,控制电流、电压角度关系,如何输出感性、容性无功,及多电平实施方案。本文章还介绍了陕西国华锦界能源有限责任公司承担的锦能公司三期两套STATCOM次同步谐振抑制装置的实例分析,并介绍了STATCOM装置的性能实验等。

STATCOM/VRB改善笼型风电机组性能的控制策略

为了提供笼型机组发电时所需无功功率并平滑笼型机组有功功率的波动,将无功功率补偿装置STATCOM与VRB储能系统合二为一构成STATCOM/VRB装置,用以改善笼型风电机组性能。首先构建了STATCOM/VRB数学模型;然后研究系统各部分的控制策略,通过在STATCOM/VRB装置的DC/DC变换器处加装模糊控制器,并提出一种基于模糊自适应的STATCOM/VRB控制策略;最后在MATLAB/Simulink环境下进行仿真研究,结果表明在风速骤升和骤降两种情况下该控制策略依然可以有效平抑风电功率波动并维持储能系统工作在合理状态,有效提升电网安全运行水平。

构网型STATCOM/BESS仿真建模及受扰特性

带蓄电池的静止同步补偿器(STATCOM/BESS)作为一种新型电力电子装备既可以参与系统频率调节,又可以提供动态无功电压支撑。首先介绍了构网型STATCOM/BESS(GFM-S/B)的电路结构和工作原理,设计了基于虚拟同步控制的稳态控制策略和短路故障下的暂态控制策略,当发生故障时,将设备切换为限电流模式,可以在保证设备安全的前提下尽可能向系统提供无功支撑。在PSCAD/EMTDC环境下,建立了GFM-S/B并网系统仿真模型,并对系统的受扰特性进行分析,仿真结果表明GFM-S/B可以在电网电压波动时起到无功补偿的作用,增强对电网的弹性支撑能力。

STATCOM谐波环流与子模块电压失衡分析与平抑方法

配电网并联STATCOM机间谐波交互作用可能导致其系统运行失稳,文中从链内子模块载波的相对位置出发,分析非特征次谐波产生的根本原因,通过归纳电容吞吐有功功率变化规律,研究了谐波环流与子模块电容电压失衡之间的交互影响机理,构建了子模块电容电压均衡优化控制方法,最后搭建电平STATCOM双机仿真模型进行验证,仿真结果证明了理论分析和控制方法的正确性。

基于改进型LADRC的STATCOM抑制双馈风电场次同步振荡策略

针对双馈风电场经串联补偿线路送出引发的次同步振荡问题,提出了一种基于改进型线性自抗扰控制(LADRC)的静止同步补偿器(STATCOM),实现对系统次同步振荡的抑制.LADRC设计时考虑延时因素,在控制计算中消除由信号测量、传输等延时导致的输入量之间时间轴上的不匹配.基于改进型LADRC设计了STATCOM的附加阻尼控制器、电压外环、电流内环控制器以及锁相环,使STATCOM为系统提供正阻尼,同时增强控制系统的速动性和抗干扰能力,以适应次同步振荡工况,并从阻抗角度分析了STATCOM抑制次同步振荡的作用机理.在MATLAB/Simulink中搭建了系统的时域仿真模型,实验结果证实了所提出的抑制策略在动态性能和抗干扰方面的优越性.

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。

基于支持向量回归代理模型的STATCOM协同规划方法

在新型电力系统中,STATCOM容量的合理配置是电压稳定性提升的关键。本文提出了一种基于支持向量回归代理模型的STATCOM协同规划方法。首先,为了更好地评价短期电压稳定水平,引入了惩罚机制;然后,为了减少计算时间同时保证精度,以时域仿真结果作为训练数据,并据此选择误差最小的核函数构建了基于支持向量回归的代理模型,最后结合代理模型和非支配遗传算法实现了STATCOM的容量优化配置。在PSS/E和Matlab中对IEEE39节点系统的联合仿真结果验证了所提方法的可行性。

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。

STATCOM控制方法的研究

随着非线性负荷和冲击性负荷在电网中的广泛应用,电能质量问题成了电力系统研究的热点。从静止同步补偿器的基本结构和工作原理出发,简要介绍了电流控制策略和无功检测技术,提出一种基于瞬时无功功率理论的改进检测技术,取代传统的无功电流检测方法,消除了锁相环,简化了硬件电路的设计。利用MATLAB/Simulink软件建立了检测电路模型,分别对有畸变和无畸变的三相电源电压进行仿真,验证了改进检测方法的有效性。在此基础上,结合直流控制中的滞环控制,分别建立了感性负载和容性负载下的STATCOM系统仿真模型。仿真结果表明,所设计的补偿器具有良好的补偿效果。