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  静止同步补偿器(StaticSynchronouscompensatorSTATCOM)是柔流输电系统(FACTS)的重要设备之一,在稳定系统电压、提高功率因数、增加传送容量等方面发挥着重要的作用,代表着无功补偿技术的发展方向。

  STATCOM的基本结构设有一个并网电压源逆变器,通过某种控制方式,在其逆变输出侧产生一个幅值可调、相位可调与电网同步的正弦电压。

  电网电压用Us表示,STATCOM电压用U1表示,则电抗器上的电压为Us和U1的差,STATCOM从电网吸收的电流用I表示。

  电流从系统流向STATCOM且电流相位超前系统电压90°,装置输出感性无功。

  电流从STATCOM流向系统且电流相位滞后系统电压90°,装置吸收感性无功。

  网侧电压由于需要为电路中的损耗电阻提供有功功率即电流I中有一定的有功分量,所以网侧电压Us与电流I相差比90度小可表示为90-角。

  因此,通过改变STATCOM的电压幅值以及以系统的相位差就能实现对STATCOM输出的有功,无功的四象限运行。

  间接电流控制是指对STATCOM装置中逆变器所产生的交流电压基波的相位和幅值的控制,以此来间接控制STATCOM交流侧电流。

  间接电流控制分为单δ控制和δ与θ配合控制。采用单δ控制时,虽然简单有效,但忽略了对θ的控制,使得直流侧电容电压稳定困难、损耗增加。

  在δ与θ配合控制中,δ角的控制用于无功功率控制,而对θ角进行控制可起到维持电容电压稳定的作用。因此可对无功功率控制采用逆系统非线性PI方法,对STATCOM直流侧电容电压采用传统的PI操控方法,两个控制环互相独立,互不干扰。

  可以证明在感性工况下STATCOM在电网中吸收的电流同样满足上式,不过此时吸收的是感性电流,δ的值是U1超前Us的角度。

  通过以上分析,我们大家可以得到最简单的电流间接操控方法,即将我们想要的、补偿的无功电流的参考值Iref作为指令值,通过上面的公式转换的δ的值,然后δ来控制STATCOM变流器的触发脉冲,使STATCOM交流侧输出的电流跟随参考值动态变化。其示意图和相关波形如下:

  在波形图中,Us为STATCOM接入点处系统的相电压,U1为STATCOM变流器桥式电路触发后在交流侧形成的相电压,其幅度等于直流电容电压的值,而i1是STATCOM吸收电流中的基波分量。

  上图为δ与θ配合的逆系统PI控制框图。图中,三相瞬时电压uA,B,C和瞬时电流iA,B,C,经过α,β变换和瞬时无功功率计算得到补偿无功功率Q,并与参考补偿无功功率Qref作比较,经过PI环节得到控制量δ,参考电压uref与直流侧电压udc

  进行比较,经过PI环节得到控制量θ,将控制量δ和θ作为控制参数输入STATCOM控制系统。

  按照下图所示,在Multisim中搭建基于间接电流控制的STATCOM的系统仿真模型。图中用无穷大系统电压的有效值为V,频率为50HZ,额定负荷为S=9000+j9000。

  我们能够最终靠控制V1-V4的开断,使Uab产生不同的波形,当Us确定的时候,Is变由Uab来确定,经过控制Us与Is之间的相交便可以实现整流运行、逆变运行、无功发生器运行等状态。

  PWM整流器在无功补偿状态运行时,Is超前Us90°。此时 其相当于静止无功发生器。可以向电源发出无功。同理当Is滞后于 于Us90°时又相当于无功补偿器。

  工作原理和前述的单相全桥电路相似,只是从单相扩展到三相。进行SPWM控制,在交流输入端A、B和C可得SPWM电压,按整流运行相量图控制,可使ia、ib、ic为正弦波且和电压同相且功率因数近似为1。和单相相同,该电路也可工作在逆变运行状态或无功发生器等状态。

  PWM整流器的控制经过控制交流侧电流来实现,三相VSR的控制技术按有无引入电流反馈分为间接电流控制和直接电流控制。

  和实际的直流电压ud比较后送入PI调节器,PI调节器的输出为一直流电流信号id,id的大小和整流器交流输入电流幅值成正比。稳态时,ud= ud ,PI调节器输入为零,PI调节器的输出id和负载电流的大小对应,也和交流输入电流幅值相对应。负载电流增大时,C放电而使ud下降,PI的输入端出现正偏差,使其输出id增大,进而使交流输入电流增大,也使ud回升。达到新的稳态时,ud和ud相等,PI调节器输入仍恢复到零,而id则稳定为新的较大的值,与较大的负载电流和较大的交流输入电流对应。负载电流减小时,调节过程和上述过程相反。

  其根据电路阻抗特性用数学的方法代替电流闭环作用,控制结构最简单,便于微机实现,有较高的可靠性。而且没有引入电流闭环节省了两个高精度的电流传感器。但其动态响应比较慢,存在瞬态直流电流偏移。

  直接电流控制有电流滞环控制、固定开关频率控制、电流矢量控制、状态反馈控制、无差拍控制、极点配置法等。其都引入电流闭环,有较好的动、静态性能。但都需要两个宽带的电流传感器。

  是基于瞬时电流反馈的一种常用的非线性控制方式,将实测的三相电流与参考信号比较,然后根据比较器的输出决定开关的状态。电流跟踪精度高,响应快,但开关频率不恒定。

  PWM整流器的性能好坏不仅与其控制策略有关,还与自身电路的参数有很重要的关系。

  在一个开关周期内交流测电流的最大超调量尽可能小,小于交流测额定电流峰值的百分之十。

  直流侧电容的大小影响在各种扰动下直流母线电压的稳定性,进而影响PWM整流器的抗负载扰动性能。

  可以按典型的2型系统设计PI调节器,同时根据udc的最大动态降落允许值决定C的下限值。

  要保证整流器输入端线电压不含有PWM开关频率无关的低次谐波,直流电压Udc必须不小于交流侧线电压基波Uab的最大峰值。设交流侧相电压的有效值为Up,则