基于静止同步补偿器的不平衡负荷补偿
配电网静止同步补偿器控制方法的设计与仿真 何柄廷
配电网静止同步补偿器控制方法的设计与仿真何柄廷发表时间：2018-04-18T11:39:47.963Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：何柄廷[导读] 摘要：随着科技的发展和工业自动化水平的提高，配电网中各种非线性、冲击性和不平衡负荷增加，电压、电流波形畸变，造成电压波动、闪变和三相不平衡；同时新的电压敏感型设备大量出现，对电能质量提出了更高要求。
（国家电网四川省电力公司天府新区供电公司四川成都 610213）摘要：随着科技的发展和工业自动化水平的提高，配电网中各种非线性、冲击性和不平衡负荷增加，电压、电流波形畸变，造成电压波动、闪变和三相不平衡；同时新的电压敏感型设备大量出现，对电能质量提出了更高要求。
相比于其他的补偿设备，配网静止同步补偿器（D-STATCOM）通过自换相的桥式变流器来吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿，综合地解决上述电能质量问题。
本文主要研究了配电网的静止同步补偿器（D-STATCOM），重点介绍了其工作原理和控制方法，并在MATLAB的Simulink中以含有D-STATCOM的10/0.4kV的配电系统为例，验证其动态响应情况，仿真结果表明文中提出的D-STATCOM的控制方法能有效地实现动态无功补偿。
关键词：静止同步补偿器；dq坐标；动态数学模型；无功电流检测；空间矢量PWM引言进入21世纪后，随着科技的发展，人们生活中出现了各种以前未有的负荷，例如电弧炉、整流器、变频调速装置等。
配电网中各种非线性、冲击性和不平衡负荷增加，网络中的电压、电流波形发生畸变，或引起电压波动、闪变和三相不平衡；同时新的电压敏感型设备大量出现，对电能质量提出更高要求，故需要改善电能质量的控制设备[1]。
配网静止同步补偿器（DSTATCOM）通过自换相的桥式变流器来吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿，综合地解决上述电能质量问题。
其具有功能强大、性能优良、性价比高的特点，具有较强的现实意义。
H桥级联型静止同步补偿器容值减小产生的相间电压不平衡分析与抑制机理
H桥级联型静止同步补偿器容值减小产生的相间电压不平衡分析与抑制机理在电力系统的稳定运行中，保持电压的平衡是至关重要的。
然而，当H桥级联型静止同步补偿器的电容值发生减小时，这种微妙的平衡就会被打破，导致相间电压出现不平衡现象。
这就像是一只精心调校的乐器突然走音，使得原本和谐的旋律变得刺耳不堪。
首先，我们要明确一点：电容值的减小并非小事一桩。
它就像是一块多米诺骨牌，一旦倒下，就会引发一系列的连锁反应。
电容值减小会导致补偿器输出的无功功率降低，这无疑会对电网的稳定性造成严重影响。
而更为严重的是，这种电容值的减小还会引起相间电压的不平衡。
那么，为什么电容值减小会引起相间电压不平衡呢？这就像是一场拔河比赛，当一方的力量减弱时，另一方就会占据上风。
同样地，当电容值减小时，某一相的电压就会相对于其他两相产生偏移，从而导致相间电压不平衡。
面对这样的问题，我们不能坐视不管。
必须采取有效的措施来抑制这种不平衡现象。
首先，我们需要加强对电容值的监测和管理，确保其始终处于一个合理的范围内。
其次，我们可以采用一些先进的控制策略，如模糊控制、神经网络控制等，来实现对电容值变化的快速响应和调整。
最后，我们还可以引入一些辅助设备，如动态电压恢复器、静态同步补偿器等，来增强系统的稳定性和抗干扰能力。
然而，这些措施并非万无一失。
我们必须认识到，任何技术都有其局限性。
因此，在进行实际操作时，我们还需要考虑各种可能出现的异常情况，并制定相应的应急预案。
只有这样，我们才能确保电力系统的稳定运行，为社会的发展提供强大的动力支持。
总的来说，H桥级联型静止同步补偿器电容值减小引起的相间电压不平衡是一个复杂且棘手的问题。
但只要我们深入分析其产生的原因和影响机制，并采取有效的抑制措施，就一定能够解决这个问题，保障电力系统的安全稳定运行。
(整理)链式静止同步补偿器
备案号：DL 中华人民共和国电力行业标准链式静止同步补偿器第 1 部分功能规范导则Chain-circuit static synchronous compensatorPart 1 Guide for the functional specification（征求意见稿）××××-××-××发布××××-××-××实施中华人民共和国国家能源局发布目次前言 (II)1范围 (1)2规范性引用文件 (1)3术语和定义 (1)4 系统构成 (4)5 安装场所的环境状况 (5)6 连接点的系统电气状况 (5)7 主要功能及性能要求 (5)7.1主要功能要求 (5)7.2主要性能参数要求 (6)7.3谐波特性 (7)7.4电话及无线电干扰 (7)7.5噪声 (7)7.6损耗评估 (7)7.7利用率和可靠性 (7)8 链式STATCOM部件及子系统基本要求 (7)8.1 换流链 (7)8.2 换流链的冷却系统 (7)8.3 换流电抗器 (8)8.4 断路器 (8)8.5 隔离开关 (8)8.6 避雷器 (9)8.7 换流变压器 (9)8.8 控制系统 (9)8.9 保护及故障录波设备 (9)8.10 辅助设备 (10)9 系统研究 (10)9.1 动态特性研究 (10)9.2 电能质量研究 (11)9.3暂态过电压及绝缘配合研究 (11)10 其它要求 (11)10.1 消防 (11)10.2 采暖通风 (11)10.3 供货及服务范围 (11)附录A （规范性附录）损耗计算 (12)附录B （资料性附录）利用率和可靠性 (15)附录C （资料性附录）供货及服务范围 (16)前言本标准是根据《国家发展和改革委员会办公厅关于印发2007年行业标准项目计划的通知》（发改办工业[2007]1415号）的安排制定的。
静止同步补偿器的系统参数设计及应用研究
ｊｍ －ａｔ ｔ ｄｏ ｅＳ Ａ Ｃ Ｍ ｌ ｉ ｎ ｈｒ． ｔ ｉ Ｓ ｎｈｏ ｏｓＣ ｍ ｅｓｔｒｄｓ ｎｄ ｂ ｈ ｅ ｏ ａ ｕ ｐｓ ｒ ｍｅ ｏ ｆ ｈ Ｔ Ｔ Ｏ ｉ ａ ｏｇｖ ｅｅ Ｓａ ｃ ｙ ｃｒｎ ｕ ｏ ｐ ｎａ ｅｉ ｅ ｙｔｉ ｍ ｔ ｄｈ ｓ ｔ ｈ ｔ ｓ ｓ ｅ Ａ ｔ ｏ ｇ ｓ ｈ
Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎＰ ｏｅｔＳ ｐ ｏ ｅ ｙＣ ｉ ６ ｌｎ Ｎ ． ０ Ａ ０ １３ ） ｏ ｎ ａｉ ｒｊｃ ：ｕ ｐ ｒ ｄｂ ｈｎ ８ ３Ｐａ （ ｏ ０ ４ Ａ ０ ０ ２ ｏ ｔ ａ ２
１ 引 言
配 电网 的无功 补偿对 配 电网的稳 定 、经 济运 行 具有 重要 的作用 。在配 电系 统 中广 泛存 在着 大 量 的 感性 负荷 ．这 些负荷 在 配 电系统 中会 消耗大 量 的无
功功率 。 降低系 统 的功率 因数 ， 造成 线路 电压 损耗 加
算 机 的上 位 机 监 控 界 面 组 成 。采 用 高 速 ＡＤ 芯 片 ／ ＭＡ ２ Ｘ１５对 三 相 电压 、 电流 进 行 同步 采 样 ，基 于 Ｆ４ ７ 的控 制 电路 完 成信 号 的处 理 、ＷＭ 脉 冲 的 ２ ０Ａ Ｐ 生成 及保 护信 号输 出等 。
大 ， 路 电能损耗 增 加ｆ 线 】 １ 决这些 问题 的有 效方 法 。解
就是进 行无 功功 率补 偿 。
静止 同步补偿器 （Ｔ Ｔ Ｏ 具有诸 多优 点 ， Ｓ Ａ Ｃ Ｍ） 它可 以有效地补偿无功功率 ， 抑制 电压波动和 闪变 ， 平衡三 相不平衡负载 等 。现 以配 电网的无功补偿 为 目的， 提 出了一种配 电静止 同步补偿器 的设计方法 ，并提 出一 种新 的起动方式 。试验结果表 明，采用该方法设计 的 Ｓ Ａ Ｃ Ｍ有 良好 的补偿效果 和优 良的性价 比。 ＴＴ Ｏ
静止同步串联补偿器的原理及其补偿模式研究
●
统 的有 功功 率和 无功 功率 的表 达 式 ， 量的分析 了 ＳＳ 定 ＳＣ装 置对输 电 系统潮 流 的调 节作 用。介 绍 了 ＳＳ ＳＣ装置 的
两种补偿模式 ： 恒阻抗补偿模式和恒电压补偿模式， 并分别给 出了在两种补偿模式下 系统的控制框 图。 关键词 ： 静止同步 串 联补偿器（ＳＣ ； ＳＳ ）功率特性 ； 补偿模式功 角特性 中图分 类号 ：Ｎ １ Ｔ ７５ 文 献标识 码 ： Ｂ
ｍｕ ａ ｆｐ ｗｅ ｙ ｔｍｓｉ ｓａｌｄ ｗｉ Ｓ Ｃ ａ ｅ ｇｖ ｎ Ｔ ｅ Ｓ Ｓ ’ ｅ ｕ ａｉ ｇ ｅ ｅ ｔｔ ｒ ｎ ｍｉ ｉｎ ｌ ｅ ｉ ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｌ ｓ ｏ ｏ ｒｓ ｓｅ ｎ ｔｌ ｔ Ｓ Ｓ ｉｅ ． ｈ Ｓ Ｃ Ｓ ｒ ｇ ｌｔ ｆ ｃ ｏ ｔ ｓ ｓ ｏ ｉ ｓ ｑ ａ ｔ ａ ｉ ｅ ｈ ｌ ｎ ａ ｓ ｎ ｔ ｖ ａ ａｙ ｅ ． ｗ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ ｍｏ ｅ ｆ Ｓ Ｃ ｄ ｖｃ ｒ ｎ ｏ ｕ ｅ ｎ ｍｅｙ ｃ ｎ ｔｎ ｅ ａ ｃ ｎ ｏ ｓａ ｔ ｏｔｇ ｏ ｎ ｌ ｓ ｄ Ｔ ｏ ｃ ｍｐ ｎ ａｉ ｄ ｓｏ Ｓ ｅ ｉｅ ａｅ Ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ， ａ ｌ ， ｏ ｓ ｔ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｔｎ ｌ ｅ ｃ ｍ— ｏ Ｓ ｒ ａ ｉ ｖ ａ ｐ ｎ ａ ｉｎ ｍｏ ｅ ， ｎ ｈ ｏ ｔ ｌ ｌ ｃ ｉ ｇ ａ ｆｒｔ ｅ ｔ ｏ ｍｏ ｅ ｅ ｇｖ ｎ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ ｅ ｓ ｔ ｄ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｏ ｋ ｄ ａ ｒ ｍ ｗ ｄ ｓａ ｉ ｅ ｅ ｐ ｃ ｉ ｌ ． ｏ ｏ ｂ ｏ ｈ ｌ ｖ ．
基于最优H∞的静止同步补偿器控制
个 Ｒｃａ 型矩 阵 方 程 的 可解 性 问题 ，进 而 应 用 ｉｃｔ ｉ
系 统 侧
求解 Ｒｃａ 方 程 的方 法 给 出 系统 具 有 给 定 鲁 棒 性 ｉｃｔ ｉ 能的条件 和鲁 棒控制器 的设计 方法 。这 种处理 方 法 可以给 出控 制 器 的结 构形 式 ，便 于进 行 理 论 分析 ， 但是需 要确定一些 待定参 数 。这些 参数 不 仅影 响结
一
个典 型 的 ＳＡ Ｃ Ｍ 结 构如 图 １所示 。 ＴＴＯ
三组变流 器
对这种参 数 不确 定 系 统 的鲁 棒 性 能 分 析 和 综 合 问
题 ， 目前 常 用 的方 法 是 Ｒｃａ 方 程 的 处 理 方 法 。 ｉ ｔ ｃｉ 这种方法通 过将 系统 的鲁棒分 析 和综合 问题 转化 成
一
个 线 性矩 阵 不 等 式 系 统 的可 行 性 问题 ，或 者 是
个 具 有线 性 矩 阵 不 等 式 的 凸 优 化 问题 。这 种 方
随着 电力 电子技术 的发展 ，对于 整流器 的控 制
一
得到 了学术界 广泛 的关 注 ，一些 新颖 的系统 控制 策 法 可 以克服 Ｒ ｃａ 方 程 的方法 中参 数 优化 方 法 的 ｉ ｔ ｃｉ 略也相 继 被 提 出 ：如 基 于 Ｌ ａｕ ｏ ｙｐ ｎ ｖ稳 定性 理 论 的 不足 。此 外 ，本 文还 考 虑 了 电 网 中存 在 的 系 统 噪 Ｐ ＷＭ整 流器 控 制 ；Ｐ ＷＭ 整 流 器 的时 间 最 优控 制 ； 声 的影 响 ，所 设 计 的控 制 器 可 以抑 制 噪 声 干 扰 。 电网不平衡条件 下的 Ｐ ＷＭ 整流器控 制等等 ¨ 。。 最后通 过 仿真 ，验 证 了所设 计 的控 制器 的有 效性 。
一种基于静止同步补偿器的电力系统动态无功补偿装置
ＺＨＡＯ ｉ ｎ Ｊｏ ｇ
（ ｏｌ ｅ ｆ ｅｔｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ｕｈ ｓＪａ ｔｎ ｎｖｒｉ， ｈ ｎ ｄ １ ０ １ Ｃ ｉａ Ｃ ｌｇ Ｅｌ ｒｃ Ｅ ｇｎｅｉ ， ｏ ｔｗｅｔ ｉｏｏｇＵ ｉ ｓｙ Ｃ ｅｇ ｕ６ ０ ３， ｈｎ ） ｅ ｏ ｃ ａ ｎ ｅ ｔ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｒｅ ｅｉ ｅａｖ ｎａ ｅｏ ａ ｃｓｎ ｈｏ ｏ ｓ ｏ ｅ ｓｔｒ（Ｔ Ｃ ｓ ｃ：ｎｏｄｒ ｏｖ ｒ ｙｔ ｄ ａ ｔｇ ｆ ｔｔ ｙ ｃｒｎ ｕ ｍｐｎ ａ ｒ ｔ ｆ ｈ ｓ ｉ ｃ ｏ Ｓ ＡＴ ＯＭ）ｎｔｅａｐ ｃ ｏ ｒｖｎ ｏ ｒ ｙｔｍ’ ｉ ｓｅｔ ｆ ｍｐｏ ｉｇｐ ｗｅ ｓ ｈ ｉ ｓ ｅ ｓ
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。
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基于静止同步补偿器的不平衡负荷补偿
发表时间：2019-03-13T11:39:33.407Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：张郝[导读] 摘要：分析了系统不平衡的产生和影响，建立了链式STATCOM的数学模型，设计了应用于不平衡工况下运行的STATCOM控制器，仿真验证了不平衡补偿的有效性。
（广州电力设计院有限公司广州 510610）
摘要：分析了系统不平衡的产生和影响，建立了链式STATCOM的数学模型，设计了应用于不平衡工况下运行的STATCOM控制器，仿真验证了不平衡补偿的有效性。
关键词：静止同步补偿器；数学模型；不平衡补偿；PSCAD/EMTDC
前言
随着电力工业技术的发展，电弧炉、整流器、变频调速装置、电气化铁路等非线性负荷的应用越来越广泛，影响电网电能质量。
静止同步补偿器（STATCOM）技术是目前国内外研究的热点[1]-[5]，与传统无功补偿装置比较在运行范围、谐波、响应速度、占地面积等方面具有显著优势。
本文首先介绍了不平衡负荷的特点，建立了链式STATCOM的数学模型，提出了一种应用于不平衡工况下的STATCOM控制方法，仿真验证了该控制方法的有效性。
1 系统不平衡的特点
1.1不平衡的产生
如果电网电压不满足三相电网电压幅值相同，A、B、C三相顺序相角相差120°且波形为正弦波述要求则为三相不平衡系统，其主要原因有不对称故障、三线系统参数不对称等因素[4]。
不平衡系统通常有三种情况，即系统电压不对称、负载不对称和运行不对称。
当系统不对称时，负载电流就不对称，可以分解为正序分量和负序分量，负序电流会在发电机转子中感应出二倍频交流电流，引起机械振动、转子发热；负载不平衡主要是由于带单相负载或者系统三相带负载不同等；而当系统由于故障而处于非全相运行时，三相负荷严重不平衡，会产生大量的负序和零序分量。
1.2不平衡的影响
当三相系统不平衡运行时，其电压、电流中会产生大量负序分量，会对系统和电器设备产生不良影响，主要包括[5]：（1）负序电压会产生制动转矩，使感应电机的最大转矩和输出功率下降，并增加铜耗。
（2）当变压器带不平衡负荷运行时，变压器得不到充分利用；
（3）三相不平衡系统中的负序分量会导致当动作于负序电流的保护装置误动作，还会使一些负序启动元件对系统故障的灵敏度下降；（4）不平衡系统中的负序电流和零序电流还会产生附加功率损耗，加大线路损耗。
由以上可知，不平衡工况将会对电力系统中各电器设备造成较大影响，必须采取有效措施对其进行抑制。
2 链式STATCOM数学模型的建立
2.1 链式STATCOM系统简介
链式STATCOM主要由三相链式逆变器构成。
每一相逆变器由两个或多个单相全桥电路级联而成，总的输出为级联单元输出的迭加，三相逆变器经连接电抗器并入变电站母线。
链式逆变器易于实现冗余和模块化生产，这可以大大提高装置可靠性。
2.2 链式STATCOM数学模型
以三相星形连接链式STATCOM为例，建立链式STATCOM数学模型。
STATCOM通过连接电抗器接入系统，由于STATCOM三相各自独立，故只对其一相运行进行建模。
其微分方程可以表示为：
（1）
其中，N为级联H桥的单元数；为第个H桥上的直压；为逆变器电流；为电网相电压，V为其有效值；为
电网电压与系统电压的夹角；为第j个H桥逆变器的开关函数，如图1所示，当开关器件1，3导通时，；当开关器件2，4导通
时，。
图1 H桥单元结构示意图
通过傅里叶分析可以将直流电容电压分解为直流分量和交流分量之和，即
（2）
式中，为电容电压的直流分量，为电容电压交流分量。
装置输出电流可分解为
（3）
式中，表示基波有功分量；表示基波电流无功分量；为电流高次谐波分量。
开关函数可由傅里叶分解得到，表达式为
（4）
在上式中，调制比M是逆变桥输出电压有效值与直流侧电压平均值之比；式中等号右边第二个量表示第j个H桥逆变器单元的开关函数高次谐波分量。
把式（2）、（3）和（4）带入（1）可以得到
（5）
3 STATCOM的控制系统设计
应用于不平衡工况下运行的STATCOM控制器整体控制框图如图2所示。
控制系统采用双环控制策略，即电压外环和电流内环，电压外环的作用通常是控制STATCOM的直流侧电容电压，使其保持在目标值范围以内；电流内环的作用主要是，由无功电流的参考值调节STATCOM发出补偿电流。
图2 STATCOM控制器整体控制框图
4 仿真分析
本文建立了链式STATCOM的PSCAD/EMTDC仿真模型，仿真系统中各参数设置如表1所示。
表1 仿真系统中各参数
电网额定线电压 10kV
系统等效阻抗 0.02Ω
STATCOM连接电抗值 8mH
单元直流侧等效并联电阻 5400Ω
单元直流电容值 10000uF
每相级联单元数 10
单元开关频率 600Hz
STATCOM的安装点设置在不平衡负荷接入点的同段母线上[6]。
在0.5秒投入不平衡负荷，0.6秒STATCOM完成直流侧充电后输出补偿电流，在STATCOM装置投入运行后经过小幅度暂态波动，之后在一个周期内迅速发出补偿电流。
装置投入运行前后母线三相电流波形如图3所示，系统不平衡电流得到了有效补偿。
图3 装置投运前后系统电流
5 结论
本文介绍了三相不平衡的产生及其对系统和电气设备运行的影响，建立了链式STATCOM的数学模型，提出了一种应用于不平衡工况下
的STATCOM控制方法并验证了其对不平衡补偿的有效性。
6 参考文献：
[1]姜齐荣.新型静止无功发生器建模及其控制的研究[D].北京：清华大学，1997：
[2]刘文华，梁旭，姜齐荣等.采用GTO逆变器的±20Mvar STATCOM[J].电力系统自动化.2000，24（23）：19-23
[3]查晓明，张茂松，孙建军等.链式D-STATCOM的无源性控制 [J].中国电机工程学报，2011，31（15）：33-35.
[4]林海雪．电力系统的三相不平衡[M]．北京：中国电力出版社，1998．1-5
[5]肖湘宁等．电能质量分析与控制[M] ．北京：中国电力出版社，2003.71-76
[6]李向荣，罗承廉，李勇等.STATCOM应用于2000年华中电网的仿真研究 [J].电力系统自动化，2000，31（15）：7-8. 作者简介：
张郝，男，硕士，主要从事变电及配电设计工作。