影響分布式靜止同步補(bǔ)償器輸出特性的仿真探究

薛博文，丁萬霞

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710016)

影響分布式靜止同步補(bǔ)償器輸出特性的仿真探究

薛博文，丁萬霞

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710016)

摘要：闡述了在電網(wǎng)非理想情況下，電能質(zhì)量中的負(fù)序與諧波電壓分別對(duì)分布式靜止同步補(bǔ)償器(DSTATCOM)直流側(cè)電容電壓以及輸出電流影響，并引入了電網(wǎng)中實(shí)際電能參數(shù)，通過仿真研究了其在不同條件下對(duì)DSTATCOM的影響特性及范圍。提出了一種消除非理想電能質(zhì)量對(duì)DSTATCOM影響的控制策略。

關(guān)鍵詞：分布式靜止同步補(bǔ)償器；負(fù)序電壓；諧波電壓；影響特性

目前的無功補(bǔ)償裝置可分為靜止無功補(bǔ)償器(SVC)與靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)[1]。SVC目前應(yīng)用較廣，但其輸出低次諧波較大，需增設(shè)濾波器，從而導(dǎo)致補(bǔ)償容量受接點(diǎn)電壓影響較大[2]；分布式靜止同步補(bǔ)償器(DSTATCOM)以變換器技術(shù)為基礎(chǔ)，將自身等效為一個(gè)電流/電壓源， 利用控制該電流/電壓源幅值與相位改變向電網(wǎng)提供無功功率的容量。其運(yùn)行范圍及調(diào)節(jié)速度與傳統(tǒng)的SVC相比表現(xiàn)得更寬、更快且采用多重化、多電平或PWM等技術(shù)后還可減少補(bǔ)償電流的諧波分量；因此，STATCOM作為動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，其成本更低，體積更小，性能更優(yōu)越。

1STATCOM的發(fā)展趨勢(shì)

近年來STATCOM的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在[3-4]：主電路由多重化方波變流器過渡到PWM變流器，采用的器件向全控型發(fā)展；補(bǔ)償對(duì)象由輸電系統(tǒng)發(fā)展到配電系統(tǒng)并擴(kuò)展到負(fù)荷補(bǔ)償?shù)母鲗哟?，但由于配電系統(tǒng)具有低電壓、大電流、易產(chǎn)生相位不對(duì)稱與諧波特征，目前使用的STATCOM控制器是按照電源為理想條件(電壓與頻率穩(wěn)定)下設(shè)計(jì)的。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)相位不對(duì)稱與高次諧波時(shí)將導(dǎo)致STATCOM控制器產(chǎn)生過流，嚴(yán)重時(shí)，STATCOM控制器會(huì)退出運(yùn)行，因此，提高DSTATCOM(STATCOM應(yīng)用配電系統(tǒng))控制器在非理想電能質(zhì)量條件下的運(yùn)行可靠性具有實(shí)際意義。本文在對(duì)非理想電能質(zhì)量中的負(fù)序與諧波電壓對(duì)DSTATCOM直流側(cè)電壓和輸出電流的影響進(jìn)行仿真分析后，提出了一種控制策略，其能夠消除非理想電源電壓對(duì)STATCOM的影響。

2電網(wǎng)電壓質(zhì)量對(duì)DSTATCOM的影響

由于配電系統(tǒng)易出現(xiàn)三相電壓不對(duì)稱與諧波電壓，導(dǎo)致DSTATCOM裝置出現(xiàn)過電流甚至停運(yùn)現(xiàn)象， DSTATCOM控制器實(shí)際是按照假定電網(wǎng)在理想電壓條件下設(shè)計(jì)的；因此，電能質(zhì)量對(duì)DSTATCOM在電網(wǎng)非理想情況下將引起下述影響。

2.1負(fù)序分量對(duì)直流電壓的影響

當(dāng)電網(wǎng)中存在負(fù)序分量時(shí)，直流側(cè)電壓將出現(xiàn)兩倍頻的波動(dòng)。波動(dòng)幅值受到電網(wǎng)電壓負(fù)序分量幅值及調(diào)制深度λ影響，仿真得出了電網(wǎng)電壓負(fù)序分量為31.11 V直流側(cè)電壓波形，如圖1所示。

圖1　直流電壓波形

2.2諧波電壓對(duì)直流電壓的影響

如圖2和圖3所示，電網(wǎng)電壓中含有5次155.5 V諧波電壓和7次諧波電壓時(shí)，直流側(cè)電壓有6倍頻的波動(dòng)且相位相反。從表1可以看出當(dāng)電網(wǎng)電壓為220 V、串聯(lián)電抗為5 mh、等效電阻為0.5 Ω時(shí)，其中5次諧波電壓幅值與直流側(cè)電壓波動(dòng)之間的關(guān)系。負(fù)序電壓分量與諧波電壓對(duì)DSTATCOM直流側(cè)電容電壓的影響，顯然后者要明顯。

圖2　5次諧波電壓時(shí)直流側(cè)電壓

圖3　7次諧波電壓時(shí)直流側(cè)電壓

(V)

3電能質(zhì)量對(duì)DSTATCOM輸出電流的影響

3.1負(fù)序電壓對(duì)DSTATCOM輸出電流的影響

假設(shè)直流側(cè)電壓恒定，電網(wǎng)中含有3.11 V負(fù)序電壓時(shí)的逆變器輸出電流波形如圖4所示，可以看出輸出電流具有不平衡的特點(diǎn)。

圖4　電源中負(fù)序電壓時(shí)的輸出電流

3.2諧波電壓對(duì)DSTATCOM輸出電流的影響

以5次諧波電壓為例，假設(shè)直流電壓恒定，則電網(wǎng)中存在5次諧波電壓時(shí)輸出電流波形諧波含量顯著，如圖5所示。

圖5　電源含5次諧波分量時(shí)的輸出電流波形

4DSTATCOM的控制策略

根據(jù)電能質(zhì)量對(duì)DSTATCOM直流側(cè)電容電壓及輸出電流影響的特點(diǎn)，提出了一種控制策略，其能夠消除非理想電源電壓對(duì)STATCOM的影響，設(shè)計(jì)的STATCOM控制系統(tǒng)(見圖6)通過控制連接電抗上的電壓，進(jìn)而控制DSTATCOM輸出電流及抑制直流電壓波動(dòng)，達(dá)到STATCOM輸出電流只含基波正序分量，提高裝置的可靠性的目的。

圖6　STATCOM控制系統(tǒng)框圖

5結(jié)語

分析了電網(wǎng)電壓對(duì)DSTATCOM的直流側(cè)電容電壓與輸出電流的影響，即當(dāng)電網(wǎng)中含3m±1次諧波分量時(shí)，直流側(cè)電容電壓則會(huì)存在3m倍頻的波動(dòng)，輸出電流則會(huì)存在3m±1次諧波分量。電網(wǎng)電壓若含有基波負(fù)序電壓，直流側(cè)電容電壓則會(huì)存在2倍頻的波動(dòng)，輸出電流則會(huì)存在基波負(fù)序與3次諧波電流分量。最后，提出了消除非理想電能質(zhì)量對(duì)STATCOM影響的控制策略。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝小榮，姜齊榮.柔性交流輸電系統(tǒng)的原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

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[3] 王兆安，楊君，劉進(jìn)軍，等．諧波抑制和無功補(bǔ)償[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4] 馬曉軍,楊波,劉文華,等.STATCOM在系統(tǒng)不對(duì)稱下的開關(guān)函數(shù)分析法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2000,17:32-36.

責(zé)任編輯李思文

Research on Effects Simulation of Output Characteristics of Distributed Static Synchronous Compensator

XUE Bowen, DING Wanxia

(Xi'an Institute of Railway Technology, Xi’an 710016, China)

Abstract:The paper described the grid under non-ideal conditions, the power quality of the negative sequence and harmonic voltages affect Static synchronous compensator(DSTATCOM)DC capacitor voltage and output currents, the introduction of the actual electricity grid parameters studied through simulation under different conditions DSTATCOM affects the characteristics and scope, and proposed a control strategy of DSTATCOM impact on the elimination of non-ideal power quality.

Key words:DSTATCOM, negative sequence voltage, harmonic voltage, affecting characteristics

收稿日期：2014-12-04

作者簡(jiǎn)介：薛博文(1980-)，男，講師，碩士，主要從事電力電子與電力傳動(dòng)等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TM 74

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A