目 录
1 绪论 .......................................................................................................................... 1
1.1引言.................................................................................................................................1 1.2论文研究背景和研究的意义 ................................................................................1 1.3无功功率 .......................................................................................................................3 1.4无功补偿的意义 ........................................................................................................3 1.5主要无功补偿装置及其工作原理 ......................................................................5
1.5.1 并联电容器 ....................................................................................................6 1.5.2 同步调相机(Synchronous Condenser-SC) .....................................6 1.5.3 静止型无功补偿装置(Static Var Compensator-SVC) .............7 1.6 STATCOM研究现状和发展趋势 ...........................................................................9
1.6.1 STATCOM研究现状 .......................................................................................9 1.6.2 STATCOM发展趋势 .....................................................................................10 1.7本文研究的主要内容 ............................................................................................. 11 2 STATCOM的工作原理及数学模型 ....................................................................... 11
2.1 STATCOM的基本电路结构 ................................................................................... 11 2.2 STATCOM的工作原理 .............................................................................................13 2.3 STATCOM的数学模型的建立 ..............................................................................16 3 无功功率检测方法和STATCOM的控制策略 ................................................... 19
3.1 无功功率检测方法 ................................................................................................19
3.1.1 d-q矢量变换理论 .....................................................................................20 3.1.2 三相对称系统的瞬时无功功率 ........................... 22 3.2 STATCOM装置的控制方法 ...................................................................................24
3.2.1 直接电流控制 .............................................................................................24 3.2.2 间接电流控制 .............................................................................................24 3.2.3 电流间接与直接控制的特点 ................................................................25 4 STATCOM装置的无功补偿仿真研究 ................................................................. 26
4.1 仿真工具软件PSCAD/EMTDC简介 ...................................................................26
4.1.1 仿真工具软件PSCAD/EMTDC的概况 .................................................26 4.1.2 仿真工具软件PSCAD/EMTDC的主要功能 ........................................27 4.1.3 仿真工具软件PSCAD/EMTDC的主要结构及元件库 ....................27 4.1.4 仿真工具软件PSCAD/EMTDC的主要操作步骤 ..............................29
4.2 STATCOM的仿真 ......................................................................................................29
4.2.1 仿真的主接线图 ........................................................................................29 4.2.2 仿真的主控制电路图 ..............................................................................30 4.2.3 仿真的调制电路图 ...................................................................................30 4.2.4 各仿真的波形图 ........................................................................................32 4.3 本章小结 ...................................................................................................................33 5 总结与展望 ........................................................................................................... 33
5.1结论...............................................................................................................................33 5.2展望...............................................................................................................................34 参考文献 .................................................................................................................... 35 英文原文 .................................................................................................................... 37 中文译文 .................................................................................................................... 44 致谢 ............................................................................................................................ 51
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1 绪论
1.1引言
近年来，随着经济的快速发展，我国的电力工业也取得了前所未有的成就。目前，我国电力系统的装机容量及发电量均居世界第二，业已形成了华东、华北、华中、东北、西北、南方六大区域网和山东、福建两个省网。随着以三峡水电站为代表的一批新兴发电工程的开发，以及超高压、大容量、远距离输电技术的发展，全国各大电网互联，直至出现全国性的大联网已成为必然的趋势。
随着电力工业的发展，电力电子装置的应用日益广泛，电网中的谐波污染也日趋严重。另外，大多数的电力电子装置功率因数很低，也给电网带来了额外负担，并且影响着供电质量。因此，如何抑制谐波和对无功功率进行补偿已经成为电力电子技术、电气自动化技术以及电力系统研究领域所面临的一个重大课题。
静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，简称STATCOM )，是柔性交流输电系统(FACTS)中的重要成员之一，具有实时检测和补偿无功功率、支撑网络节点电压、补偿高次谐波等功能。本文将重点对基于新型电力电子器件IGCT ( Integrated Gate Commute Thyristor)的STATCOM主电路结构进行深入研究，为STATCOM的大容量和实用化寻求合适的解决方案。
1.2论文研究背景和研究的意义
在电力系统中，由于电感、电容元件的存在，系统中不仅存在着有功功率，而且存在无功功率。无功功率的存在对于电力系统和负荷的运行都非常重要，但其传输不仅会产生很大的有功损耗，而且沿着传输途径还会产生很大的电压降落，并且使电网的视在功率增大，从而对系统产生一系列不良影响，主要可以归纳为以下几个方面:
(1)电网总电流增加，使电力系统中的元件如变压器等的容量增大，从而增加了投资费用，在传送同样有功功率的情况下，增加了设备和线路的损耗。
(2)电网无功容量不足，会造成负荷端供电电压低，影响正常生产、生活用电;反之，若无功容量过剩，则造成电网运行电压过高，电压波动过大。
(3)降低了电网的功率因数，造成大量电能损耗。当功率因数由0.8
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下降至0.6时，电能损耗提高了将近一半。
为了输送有功功率，需要送电端和受电端有一相位差，这可以在相当宽的范围内实现，而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功。这些无功功率必须从网络的某个地方获得。显然，如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法是在需要无功功率的地方进行补偿。
无功补偿的作用主要有以下几点:
(1)提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗;
(2)稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线路合适的地点设置动态无功补偿，还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力;
(3)在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可平衡三相的有功及无功负载。
正因为无功补偿对于提高电网安全运行水平和电能质量有着如此重要的意义，这一技术正越来越受到人们的关注，并已成为研究的热点。FACTS是Flexible AC Transmission System的英文缩写，也可翻译为灵活交流输电技术，是指装有电力电子型或其他静止型控制器以加强可控性和增大电力传输能力的交流输电系统，是美国著名电力专家N.H.Hingorani博士于1986年提出的。FACTS技术是利用现代大功率电力电子技术改造传统交流电力系统的一项重大改革，被认为是21世纪初可以实施的技术改革措施，已成为当今先进国家电力界研究的热点。FACTS技术(包括系统应用技术及控制器技术)己被国内外的一些较权威性的输电技术研究者和工作组称为“未来输电系统新时代的三项支撑技术FACTS技术、先进的控制中心和综合自动化技术)之一”，或是“现代电力系统中的三项具有变革性影响的前沿性课题(柔性输电技术、智能控制、基于全球卫星定位系统(GPS)的新一代动态安全分析与监测系统)之一”。此概念提出后，FACTS技术迅速成为各国电力界研究的热点。FACTS技术是基于电力电子技术改造交流输电的系列技术，它对交流电的无功电压、电抗和相角可以进行控制，从而能有效提高交流系统的安全稳定性，使传统的交流输电系统具有更高的柔性和灵活性，使输电线路得到充分利用，以满足电力系统安全、可靠和经济运行的目标。
本文正是在这一背景下对STATCOM主电路结构、控制回路以及它的