影響分布式靜止同步補償器輸出特性的仿真探究

薛博文，丁萬霞

(西安鐵路職業技術學院，陜西 西安 710016)

影響分布式靜止同步補償器輸出特性的仿真探究

薛博文，丁萬霞

(西安鐵路職業技術學院，陜西 西安 710016)

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

關鍵詞：分布式靜止同步補償器；負序電壓；諧波電壓；影響特性

目前的無功補償裝置可分為靜止無功補償器(SVC)與靜止同步補償器(STATCOM)[1]。SVC目前應用較廣，但其輸出低次諧波較大，需增設濾波器，從而導致補償容量受接點電壓影響較大[2]；分布式靜止同步補償器(DSTATCOM)以變換器技術為基礎，將自身等效為一個電流/電壓源， 利用控制該電流/電壓源幅值與相位改變向電網提供無功功率的容量。其運行范圍及調節速度與傳統的SVC相比表現得更寬、更快且采用多重化、多電平或PWM等技術后還可減少補償電流的諧波分量；因此，STATCOM作為動態無功補償裝置，其成本更低，體積更小，性能更優越。

1STATCOM的發展趨勢

近年來STATCOM的發展方向主要表現在[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展；補償對象由輸電系統發展到配電系統并擴展到負荷補償的各層次，但由于配電系統具有低電壓、大電流、易產生相位不對稱與諧波特征，目前使用的STATCOM控制器是按照電源為理想條件(電壓與頻率穩定)下設計的。當電網出現相位不對稱與高次諧波時將導致STATCOM控制器產生過流，嚴重時，STATCOM控制器會退出運行，因此，提高DSTATCOM(STATCOM應用配電系統)控制器在非理想電能質量條件下的運行可靠性具有實際意義。本文在對非理想電能質量中的負序與諧波電壓對DSTATCOM直流側電壓和輸出電流的影響進行仿真分析后，提出了一種控制策略，其能夠消除非理想電源電壓對STATCOM的影響。

2電網電壓質量對DSTATCOM的影響

由于配電系統易出現三相電壓不對稱與諧波電壓，導致DSTATCOM裝置出現過電流甚至停運現象， DSTATCOM控制器實際是按照假定電網在理想電壓條件下設計的；因此，電能質量對DSTATCOM在電網非理想情況下將引起下述影響。

2.1負序分量對直流電壓的影響

當電網中存在負序分量時，直流側電壓將出現兩倍頻的波動。波動幅值受到電網電壓負序分量幅值及調制深度λ影響，仿真得出了電網電壓負序分量為31.11 V直流側電壓波形，如圖1所示。

圖1　直流電壓波形

2.2諧波電壓對直流電壓的影響

如圖2和圖3所示，電網電壓中含有5次155.5 V諧波電壓和7次諧波電壓時，直流側電壓有6倍頻的波動且相位相反。從表1可以看出當電網電壓為220 V、串聯電抗為5 mh、等效電阻為0.5 Ω時，其中5次諧波電壓幅值與直流側電壓波動之間的關系。負序電壓分量與諧波電壓對DSTATCOM直流側電容電壓的影響，顯然后者要明顯。

圖2　5次諧波電壓時直流側電壓

圖3　7次諧波電壓時直流側電壓

(V)

3電能質量對DSTATCOM輸出電流的影響

3.1負序電壓對DSTATCOM輸出電流的影響

假設直流側電壓恒定，電網中含有3.11 V負序電壓時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。

圖4　電源中負序電壓時的輸出電流

3.2諧波電壓對DSTATCOM輸出電流的影響

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

圖5　電源含5次諧波分量時的輸出電流波形

4DSTATCOM的控制策略

根據電能質量對DSTATCOM直流側電容電壓及輸出電流影響的特點，提出了一種控制策略，其能夠消除非理想電源電壓對STATCOM的影響，設計的STATCOM控制系統(見圖6)通過控制連接電抗上的電壓，進而控制DSTATCOM輸出電流及抑制直流電壓波動，達到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控制系統框圖

5結語

分析了電網電壓對DSTATCOM的直流側電容電壓與輸出電流的影響，即當電網中含3m±1次諧波分量時，直流側電容電壓則會存在3m倍頻的波動，輸出電流則會存在3m±1次諧波分量。電網電壓若含有基波負序電壓，直流側電容電壓則會存在2倍頻的波動，輸出電流則會存在基波負序與3次諧波電流分量。最后，提出了消除非理想電能質量對STATCOM影響的控制策略。

參考文獻

[1] 謝小榮，姜齊榮.柔性交流輸電系統的原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2006.

[2] 馬獻鴻.靜止無功補償器DSTATCOM的研究[D].西安:西安理工大學,2005.

[3] 王兆安，楊君，劉進軍，等．諧波抑制和無功補償[M]．北京:機械工業出版社，2004.

[4] 馬曉軍,楊波,劉文華,等.STATCOM在系統不對稱下的開關函數分析法[J].電力系統自動化,2000,17:32-36.

責任編輯李思文

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

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

中圖分類號：TM 74

文獻標志碼：A