四象限工作特性与原理

Ｉ
P

jX I
U SsinIR
IU Ssin
R

IR
Q
P (U Ssin)I
P U S 2sin2
R
Q (U Sco s)I
Q U S 2sin (2 )
2R
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。
当U1>Us， 0 时，
P
Q
P0
Q Us(U1Us) X
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。
STATCOM的基本原理
当U1<Us， 0 时，
P
Q
P0
Q U s(U s U 1) X
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。
当U1=Us， 0 时，
P
Q
PQ0
系统，STATCOM之间的电流为0， 装置和系统无功率交换。
STATCOM的基本原理
当考虑等效阻抗R时：
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。
STATCOM的基本原理
决定。
转矩方向与电机转向相同为电动状态，反之为制动状态
直流电机的四象限运行
四象限直流—直流变换器
T1
VS A
T2
D1 T 3
D3
La R a E a B
I AB
D 2 T4
D4
T1
VS A
T2
(a)四象限直流-直流变换电路
D1
T3 断
La Ra Ea B
I AB
通
D2
T4
(b)第一 第二两象限变换电路
VS
T1
A
断 T3 La Ra Ea
B
D3
T2 通 IAB T4
D4
(c)第三 第四两象限变换电路
四象限直流—直流变换器 第一、二象限运行等效电路
T1
VS A
T2
D1
T3 断
La Ra Ea B
I AB
通
D2
T4
(b)第一 第二两象限变换电路四象限直流—直流变换器
第一象限工作
工作模式：
降压（将Vd的电压 降低后送到负载）
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。
STATCOM的基本原理
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。
当不考虑等效阻抗R时：
四象限的工作特性与控制原 理
——电气1310班“六个核桃” 小组电力电子研讨
四象限的工作特性与控制原理
四象限直流—直流变换器
Ud
第二象限： Ud>0, Id<0
第三象限： Ud < 0, Id < 0
第一象限： Ud>0, Id>0
Id
第四象限： Ud < 0, Id>0
直流电动机的特性
直流电机电枢绕组的反电势Ea与其励磁磁通和转速N 的乘积成正比：
Ea KeN
电枢电压平衡方程为：
转速高低由电枢电 压的大小决定，转 速方向由电枢电压
的方向决定。
E aV A BR aIA B V AB
NE a V AB R aIAB V AB
K e
K e
K e
电机的转矩方程为：
Te KTIAB
转矩大小由电枢电流 的大小决定，转矩方 向由电枢电流的方向
B
D3
T2 通 IAB T4
D4
(c)第三 第四两象限变换电路
四象限直流—直流变换器
第三象限工作
工作模式：
降压（T3 D4构成 Buck降压变换器）
输出电压方向： 反向（VAB<0）
输出电压大小：
T on
V V BA
D
TS
输出电流方向： 反向
电机运行于反向电动 状态，能量由直流输入电 源供向负载。
I AB
通
D2
T4
(c)升压变换电路
工作模式： 升压（将负载的电压升 高后向Vd回馈电能）
输出电压方向： 正向 输出电压大小：Vd 11DVABVAB 输出电流方向： 负向
电机运行于正向制动状态， 能量由负载向直流输入电源 回馈。
四象限直流—直流变换器 第三、四象限运行等效电路
VS
T1
A
断 T3 La Ra Ea
STATCOM的控制方式
间接电流控制 直接电流控制 分相不对称控制 模糊PI控制 鲁棒非线性控制
STATCOM的控制方式
间接电流控制
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。
当STATCOM输出电压超前于系统电压时装置处于感性 工作状态：
P
jX I
U SsinIR
IU Ssin
R

U1
UL
IR
P (U Ssin)I
P U S 2sin2
R
Us
Q
Q (U Sco s)I
Q U S 2sin (2 )
2R
I
STATCOM的基本原理
当STATCOM输出电压滞后于系统电压时装置处于容 性． 工作状态：
四象限直流—直流变换器
第四象限工作
工作模式：
升压（T4 D3构成Boost 升压变换器）
输出电压方向：
正向
VS A
A
La Ra Ea
iAB
D3
B
T4
输出电压大小： Vs 11DVABVAB
输出电流方向： 反向
电机运行于反向制动状 态，能量由负载供向直 流输入电源。
STATCOM
静止同步补偿器（ Static Synchronous compensator STATCOM ）是柔性交流输电 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。
T1
VS A
T2
D1
T3 断
La Ra Ea B
I AB
通
D2
T4
输出电压方向： 正向
输出电压大小：
T on
V V AB
D
TS
输出电流方向： 正向
电机运行于正向电动 状态，能量由输入直流电 源供向负载。
(b)降压变换电路
四象限直流—直流变换器
第二象限工作
T1
VS A
T2
D1
T3 断
La Ra Ea B
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 控制方法，两个控制环互相独立，互不干扰。