静止同步补偿器STATCOM仿真研究毕业设计
配网静止同步补偿器的设计及仿真
配网静止同步补偿器的设计及仿真目录1 系统总体设计及技术分析.................................................................. 错误！未定义书签。
1.1 系统总体设计 (2)1.2 STATCOM的基本电路结构 (3)1.3 STATCOM的工作分析 (4)1.3.1 STATCOM的基本工作 (4)1.3.2 系统的能量流动分析 (6)2 STATCOM的控制策略的优化及数学模型的搭建 (7)2.1 STATCOM的基本控制方法 (7)2.1.1 电流间接控制 (7)2.1.2 电流直接控制 (9)2.2 STATCOM的动态数学模型 (11)3 仿真模型设计及仿真分析 (12)3.1 控制器的设计 (12)3.2 主电路的设计 (15)3.3 仿真分析 (16)总结 (20)配网静止同步补偿器的设计及仿真1 系统总体设计及技术分析与传统的以TCR为代表的SVC装置相比，D-STATCOM的电路结构、工作原理都有较大不同。
D-STATCOM的调节速度更快，运行范围更广，而且在采取PWM技术措施后可大大减小了补偿电流中谐波的含量；D-STATCOM使用的电抗器和电容远比SVC中使用的电抗器和电容元件要小，大大减小了装置的体积和成本。
下面将分析本设计的总体设计、用到的PWM控制技术、系统的电路结构及工作原理。
1.1 系统总体设计该系统的设计要求在MATLAB的Simulink平台中进行。
首先对该系统进行总体的分析。
对于D-STATCOM系统，采用两个电压源变流器（VSC）通过变压器并联的结构，采用载波移相的二重化控制。
首先需要设计D-STATCOM控制器的控制部分，该部分包括三相PLL模块、直流电压调节器模块、交流电压调节器模块、电流调节器模块、测量模块、q轴电流指令生成模块等。
然后在实例应用中，利用MATLAB的Simulink平台进行系统的仿真模型的设计；最后利用MATLAB软件对建立好的仿真模型分别在电压模式和无功模式进行仿真结果的比较和分析。
静止同步补偿器(STATCOM)示范工程电气二次系统设计分析
１ 概 述
随着 直 流输 电技 术 的快 速 发 展 ， 南方 电 网逐 渐
形 成 了强直 弱交 的输 电格 局 。多 回直流 集 中馈人 的
功率单元级保护主要 是保护功率器件不超 出运行
范围， 包括撬杠故障， 旁路失败 ， 通信故障， 数据校验错 误， 泄漏故障， 自 检故障， 充 电失败 ， 电源故障， Ｉ Ｅ Ｇ Ｔ 故 障， 直流过压， 直流欠压， 电容压力过大保护等。 换 流链 级 保 护 主 要 是 保 护 换 流链 设 备 正 常 运 行， 包括 ： 过压 保 护 ， 欠 压 保护 ， 过流 保护 ， 速 断保 护 ， Ｐ ｒ Ｉ ＇ 故障保护 ， 同步故障保护 ， 水冷故障保护 ， 节
电气二次 系统的关键技术及设计要点。重点 阐述保 护 系统 分层分级 的 配置方式 ， 通过 仿真计 算验证 不配置 ３ ５ ｋ Ｖ
母线保护的可行性 ， 对 比 不 同 的监 控 及 远 动 系统 配 置 方 案 并 指 出每 个 方 案 的 工程 应 用 范 围 ， 介 绍 其 他 二 次 系统 的设
通过 图 １的 主接线 看 出 ， ３ ５ ｋ Ｖ ８ Ｍ 母 线通 过专
６・
第１ ０期
蔡 田田， 等： 静止 同步补偿器 （ Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ） 示范工程 电气二次 系统设计 分析
用 变接 人 ２ ２ ０ ｋ Ｖ系 统 。考 虑专 用 变 压 器 已配 置 ３ ５
计及 实现方法等等 ， 为后 续的 ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ 工程提供参考 。
关键 词 ： 静 止 同 步补 偿 器 （ Ｓ Ｔ Ａ Ｔ Ｃ Ｏ Ｍ） ； 保护配置 ； ３ ５ ｋ Ｖ母线保护 ； 监 控 及 远 动 系统 ； 备 用 电 源逻 辑 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ ８ ３ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０— ０ ０ ０ ６— ０ ３ 中 图分 类号 ： Ｔ Ｍ ７ ７ 文 献标 志码 ： Ｂ
静止同步补偿器STATCOM仿真研究aa
中国矿业大学本科生毕业设计姓名：何倩学号：******** 学院：信息与电气工程学院专业：电气工程与自动化设计题目：静止同步补偿器STATCOM仿真研究专题：指导教师：张晓职称：副教授2008年6月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院信电学院专业年级电气工程与自动化2005-5学生姓名何倩任务下达日期：2009年 2 月 16日毕业设计日期：2009年2月16日至2009年6月20日毕业设计题目：静止同步补偿器STATCOM仿真研究毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1.了解无功补偿的作用、无功补偿装置的发展和国内外研究现状；2.掌握STATCOM工作原理；3.学习STATCOM的电压控制和电流/功率控制方法，掌握至少一中控制方案；4.给出一个较完整的STATCOM系统仿真；5.翻译相关领域英文文献1篇。
院长签字：指导教师签字：指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩摘要无功补偿系统STATCOM是灵活交流输电系统的重要装备。
本文围绕STATCOM控制系统的组成与原理，论述了多种无功检测原理，采用基于瞬时无功理论的p-q检测方法；论述了STATCOM控制策略，采用了电压矢量定向的直接功率控制VO-DPC方式，建立了基于MATLAB/Simulink环境下的STATCOM 系统仿真模型，对系统进行了仿真研究，结果表明论文选定的STATCOM方案正确，具有良好的无功动态性能。
基于MATLAB的静止同步补偿器仿真分析
基于MATLAB的静止同步补偿器仿真分析本文通过仿真讨论了STATCOM的工作过程，动态实验结果验证了理论分析的正确性。
标签：静止同步补偿器，系统仿真0.引言采用大功率门极可关断晶闸管（GTO）的STATCOM由于具有响应速度快，可以在感性到容性整个范围中连续地进行无功调节，特别是在欠压条件下所需储能电容容量较小，从而可减小装置体积等优点，在电力工业界得到愈加广泛的应用。
通过控制器的控制作用，STATCOM具有无功功率控制、维持连接点的电压稳定、防止系统电压崩溃及提高系统的暂态稳定性等功能。
而STATCOM对电力系统作用的同时，电力系统的动态和暂态过程都不同程度的影响STATCOM的运行。
1.STATCOMSTATCOM的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。
利用STATCOM 来改善电能质量主要有两个目的：提高功率因数和调节系统电压。
虽然这两个目的都是通过STATCOM 向系统中注入无功电流来实现，但补偿的目的不同，其实现原理也不尽相同。
2. STATCOM的系统仿真利用MATLAB附带的动态通用仿真软件包SIMULINK 对其进行系统级建模仿真，验证并分析STATCOM系统的工作原理。
首先，因单相STATCOM原理简单，便于仿真，因此先利用MATLAB 6.5对其进行仿真研究，其次再用电力电子模拟软件PSIM仿真软件对三相电路进行仿真，了解三相系统的工作过程。
2.1单相STATCOM的系统仿真从理论分析的角度来看，三相电路与单相电路的意义是等价的，因此，先对单相全桥电路进行系统仿真，其主电路为单相全桥电路。
对于单相电路而言，按照STATCOM的工作原理，其工作在容性状态下或感性状态下，取决于逆变器输出电压与电网电压的关系，而根据单相逆变器的工作原理可知，单相SPWM 逆变电路与有确定的关系：（其中为调制比，）。
静止无功补偿技术STATCOM
1 STATCOM参数估计——控制角范围
1 2 P * R
*
* PN
Q
*
1 R
*
输出额定无功时
*
R
1 2 * N R 1 * Q N 1 * N
譬如：X =0.2，X/R=5 * R =0.04 * N ， =2.3 P =4% 额定损耗决定了的范围！
N P R
一、STATCOM的基本工作原理
1 STATCOM的等效电压源特性 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这样的正弦电压
• 与电源电压同步（频率相同）
• 幅值可调 • 相位可调（以电源电压为参考）
＝同步发电机
U g
Udc
U U g g
控制与驱动
可调电压源的一种实现方法示例
8 标幺化模型的基准选择 交流侧
U base U S .N
Sbase QSTATCOM . N
Z base
2 U base
uVSI
3 U dc sint 2
Sbase
直流侧
UVSI kV U dc
1 Ubase.dc？ U base kV
9 标幺化模型
交流侧 简化
U S sin
R I
U g U S cos U S sin Ug US cos sin
X R
X X 1 R R
7 基于损耗的潮流分析模型
2 US 2 US Q sin 2 2R
Q
P
R
(sin ) 2
P
本数学模型仅针对电容储能型和单变量控制。
静止无功补偿技术
静止同步补偿器STATCOM
静止同步补偿器[浏览次数：133次]静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STA TCOM)是柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System，FACTS)的核心装置和核心技术之一。
采用新一代的电力电子器件，如：门极可关断晶闸管(GTO)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，集成门极换向晶闸管(IGCT)，并且采用现代控制技术，其在电力系统中的作用是补偿无功，提高系统电压稳定性，改善系统性能。
与传统的无功补偿装置相比，STATCOM 具有调节连续，谐波小，损耗低，运行范围宽，可靠性高，调节速度快等优点，自问世以来，便得到了广泛关注和飞速发展。
目录静止同步补偿器分类静止同步补偿器控制方式静止同步补偿器工作原理静止同步补偿器应用及现状静止同步补偿器分类从理论上可以将静止同步补偿器分为电压源型和电流源型。
就其电路结构来说，电压源型静止同步补偿器直流侧并联有大电容，保证在持续充放电或器件换向过程电压不会发生很大的变化，桥侧串联电感，而电流源型静止同步补偿器则是直流侧串联大电感，保证在器件换向或充放电器件电流不会有大的波动，桥侧并联电感。
如图所示。
在实际应用中，常用的大容量静止同步补偿器采用的基本都是电压源型结构。
但是可以将SVG控制为电流源来进行无功补偿。
4提出了一种新的静止同步补偿器控制策略即采用电压控制电流源(VCCS)的策略和改进的电压控制电压源(VCVS)的策略来补偿电力系统公共连接点(Point of Common Coupling，PCC)电压不平衡，特别是在较小容量时采用VCCS方式将能达到最好的补偿效果。
按构成基本单元逆变器模块，可以将静止同步补偿器分为单相桥二电平，三相桥二电平，三相桥多电平。
在大容量高电压等级的应用场合中，往往需要将多个低压小容量变换器通过控制技术对电流波形的瞬时值进行反馈控制，直接指令电流的发生，结构简单，电流调节响应快，对扰动的鲁棒性好，但是只适用于中小容量场合，对于大容量场合具有很大的局限性。
基于MATLAB的配电网静止同步补偿器仿真研究
基于MATLAB的配电网静止同步补偿器仿真研究摘要：介绍了一种采用直接电流控制的用于改善中低压配电网电压质量的新型静止无功发生器（DSTATCOM），其主电路采用基于VSI-SPWM结构的电压型逆变器，指令电流的运算和补偿电流的控制均采用同步旋转参考坐标系。
重点论述了DSTATCOM用于抑制电压跌落和电压闪变两种常见的电压质量问题。
根据无功指令电流形成的不同方法，DSTATCOM有电流控制模式和电压控制模式两种运行模式。
在两种运行模式下对DSTATCOM抑制电压跌落和电压闪变进行了仿真研究，仿真结果表明，电流控制模式适合于抑制电压闪变，而电压控制模式适合于抑制电压跌落。
关键词：配电静止同步补偿器；电压质量；电压跌落；电压闪变；MATLAB0 前言电压质量问题是配电网中常见而又严重的电能质量问题配。
配电网发生短路故障或大电机的启动会引起电压跌落，同时电网中大量使用的冲击性、波动性负荷会引起电压闪变等电压质量问题。
这些电压质量问题会导致电压敏感性用电设备的工况恶化而受到损害，甚至使其退出运行，给企业造成巨大的经济损失。
如何有效的改善上述电压质量问题成为了电能质量领域研究的热点。
因此，开展对电压质量问题的研究具有重要的现实意义。
从补偿的角度来看，抑制电压跌落和电压闪变有效的措施是在公共供电点处安装无功补偿装置。
传统的无功补偿装置，如TSC、TCR及其组合很难满足快速的动态的补偿无功补偿的要求。
基于电力电子技术的新型静止无功发生器补偿性能好、响应速度快，被认为是一种很有发展前景的无功补偿装置。
这种无功补偿装置已经在输电网中得到了应用，提高了输电网的输送容量、增强了系统的稳定性等。
在配电网中使用新型静止无功发生器主要是用来改善供电质量。
本文介绍了一种采用直接电流控制的基于VSI-SPWM结构的配电网用静止无功发生器（DSTATCOM），介绍了DSTATCOM系统的构成。
对DSTATCOM的两种控制模式：电流控制模式和电压控制模式进行了分析，讨论了DSTATCOM用来抑制电压跌落和电压闪变适合的控制模式，并给出了两种控制模式下的仿真结果。
静止同步补偿器(STATCOM)应用与控制技术研究
静止同步补偿器(STATCOM)的应用与控制技术研究中图分类号：tn715+.2文献标识码： a 文章编号：1课题背景及意义（background and significance of the research）在现代社会中，能源为人民生产生活提供了有力的保障。
而电能更成为我们离不开的能源。
然而，由于中高压、大功率的电力电子器件在电力系统中的应用、发展，带来技术进步的同时也带来了许多电能质量问题。
许多电力电子装置不仅功率因数很低，而且谐波污染严重，这就给电网带来了额外负担，影响了供电质量。
除此之外，电网系统中本身存在的轧钢机、电弧炉等冲击性不平衡负荷，运行中会产生大量的高次谐波，并使得系统产生电压波动和闪变并引起三相不平衡这些危害系统性能的电能质量问题。
如何进行无功补偿和谐波治理，进而提高电能质量，已经成为了目前输配电技术中最为紧迫的问题之一。
无功补偿主作用很多，它不仅可以稳定电网系统及装备使用端的电压，如果在长距离输电线路中的某些合适的地方投入就地补偿的无功补偿装置，还可以提高输电系统的输电能力。
无功补偿会使系统和负载的功率因数有很大的提高，这将降低设备的容量，有利于减少功率损耗。
另外，在系统电压不平衡时或者三相负载不对称，无功功率补偿还可以改善系统的不平衡度。
无功补偿和谐波治理在使用设备和控制上具有一定的一致性，无功补偿的同时也会对谐波有所抑制。
但无功功率补偿更偏向提高电力设备利用率，稳定电网电压。
所以，实时快速的无功补偿对提高电网运行的稳定性能，保证供电质量具有十分重要的实际意义。
2无功补偿装置的发展概况（the development situation of reactive power compensation device）无功补偿装置经历了四个发展阶段，各阶段的装置分别为同步调相机、无功补偿电容器、静止无功补偿器（svc）以及静止同步无功补偿器（statcom）。
各种无功补偿装置在响应速度、补偿方式、控制策略等方面有较大区别，表1-1给出了其对比。
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中国矿业大学本科生毕业设计学院：信息与电气工程学院专业：电气工程与自动化设计题目：静止同步补偿器STATCOM仿真研究毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：中国矿业大学毕业设计任务书学院信电学院专业年级电气工程与自动化2005-5学生姓名何倩任务下达日期：2009年 2 月 16日毕业设计日期：2009年2月16日至2009年6月20日毕业设计题目：静止同步补偿器STATCOM仿真研究毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1.了解无功补偿的作用、无功补偿装置的发展和国内外研究现状；2.掌握STATCOM工作原理；3.学习STATCOM的电压控制和电流/功率控制方法，掌握至少一中控制方案；4.给出一个较完整的STATCOM系统仿真；5.翻译相关领域英文文献1篇。
院长签字：指导教师签字：指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要无功补偿系统STATCOM是灵活交流输电系统的重要装备。
本文围绕STATCOM控制系统的组成与原理，论述了多种无功检测原理，采用基于瞬时无功理论的p-q检测方法；论述了STATCOM控制策略，采用了电压矢量定向的直接功率控制VO-DPC方式，建立了基于MATLAB/Simulink环境下的STATCOM 系统仿真模型，对系统进行了仿真研究，结果表明论文选定的STATCOM方案正确，具有良好的无功动态性能。
对电力系统中无功功率进行快速的动态补偿，可实现如下的功能：（1）对动态无功负载的功率因数校正(2)改善电压调整率（3）提高电力系统的静态和动态稳定性（4）降低过电压（5）减少电压闪烁（6）阻尼次同步振荡（7）减少电压和电流的不平衡。
关键词: STATCOM;电压定向直接功率控制;p-q理论ABSTRACTSTATCOM reactive power compensation system is a flexible AC transmission system and equipment.This paper ia around STATCOM control system in composition as well as theory,.It contains a wide range of reactive power detection principle, and based on the theory of instantaneous reactive detection of p-q throry. In this paper, I discusse the control strategy of STATCOM using the voltage vector orientation of direct power control mode VO-DPC . Based on MATLAB / Simulink environment, STATCOM simulation model of the system results show that the STATCOM program of selected papers is correct, has a good dynamic performance of reactive power.On the power system，reactive power in rapid dynamic compensation can realize the function as follows: (1) the dynamic reactive power load of the power factor correction (2) to improve the voltage regulation (3) to improve power system static and dynamic stability (4) reduce the over-voltage (5) to reduce the voltage flicker (6) oscillation damping (7) to reduce the voltage and current imbalance and so on.Key words: STATCOM, VO-DPC, p-q theory目 录1 绪论 (1)1.1课题背景 ...................................................... 1 1.2研究目的和意义 ................................................ 1 1.3无功补偿的作用及发展 .......................................... 2 1.4无功补偿各种方法的优缺点 ...................................... 4 1.5国内外对于STATCOM 的研究现状 .................................. 6 1.6 STATCOM 主要优点 .............................................. 8 1.7本章小结 ...................................................... 9 2 STATCOM 的原理 (10)2.1 STATCOM 的基本原理 ........................................... 10 2.2 STATCOM 的工作特性 ........................................... 12 2.3 STATCOM 的拓扑选型 ........................................... 13 3 STATCOM 控制系统的控制策略研究 (15)3.1 STATCOM 电流检测的几种算法 ................................... 15 3.2 本文采用的检测算法 (16)3.2.1瞬时有功、无功功率运算法(简称p-q 法) ................... 17 3.2.2pqi i 法 (18)3.3 STATCOM 的控制策略 (18)3.3.1电流直接控制 ........................................... 19 3.3.2电流间接控制 ........................................... 19 3.3.3电压定向直接功率控制(VO-DPC) (20)4 基于DPC 直接功率控制的STATCOM 系统仿真 (25)4.1 MATLAB/Simulink 仿真技术概述 ................................. 25 4.2 STATCOM 仿真模型建立 ......................................... 26 4.3 仿真结果 .................................................... 32 4.4 DPC 系统性能分析 ............................................. 39 5 结论与展望 ................................................................................................................................ 40 致谢 ................................................................................................................................................... 41 参考文献 ......................................................................................................................................... 42 翻译部分 .. (44)中文译文 ........................................................ 44 英文原文 .. (54)中国矿业大学2009届本科生毕业设计第 1 页1绪论1.1课题背景我国电网的建设和运行中长期存在的一个问题是无功补偿容量不足和配备不合理，特别是可调节的无功容量不足，快速响应的无功调节设备更少。
近年来，随着大功率非线性负荷的不断增加，电网的无功冲击和谐波污染呈不断上升的趋势，无功调节手段的缺乏使得母线电压随运行方式的变化很大，导致电网(特别是配电系统)的线损增加、电压合格率降低。