电网不平衡下链式STATCOM补偿与控制策略.pdf

第36卷第1期
电工电能新技术
Vol 36. N
2017年1月
Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy
Jan.2017
电网不平衡下链式 SITAIICOM补偿与控制策略
王松,李耀华2
中国电力エ程顾问集团华北电力设计院有限公司,北京100120;
2.中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室,中国科学院电工研究所,北京100190)
摘要:针対电网电压不平衡工况下的链式 STATCOM的运行特性与控制策略问题,通过对比研究三
角形与星形两种链式 STATCOM的补偿特性,提出一种基于等效电纳变换法的星形链式 STATCOM
的零序电压计算方法,并在两相静止坐标系下完成不平衡电流跟踪控制。仿真与实验结果表明,在
电网不平衡时,所提出方法不但能使星形链式 STATCOM正常运行,而且能够补偿无功负載,减轻
电网电流不平蘅度,最终扩展了星形链式 STATCOM的运行范围。
关键词:链式静止同步补偿器;电网不平衡;不平衡负載补偿;零序电压;电流跟踪控制
中图分类号:TM461
文獻标识码;A
文章编号:1003-3076(2017)01-0001-09
1引言
内,链式 STATCOM仍然能够正常并网工作、提供无
功补偿或电压支撑,关于此方面的研究是非常必要
链式静止同步补偿器( STATIC synchronous的,也是目前研究较少的7。
Compensator, STATCOM)由于可快速无功调节、易
对于三角形链式 STATCOM,由于可以采用分相
于模块化生产、无需接入变压器等诸多优点被广泛瞬时电流控制策略,将其等效为三个单相 STATCOM
应用于补偿负载无功、稳定电网电压等诸多领分别加以控制,其控制策略也已成熟「
对于星
域
[1-3
形链式 STATCOM,文献[12]提出了基于注人负序
目前针对链式 STATCOM的研究大多是基于电电流的相间平衡控制策略,但仅考虑了补偿正序无
网平衡的前提,但实际中的电力系统往往会出现不功电流,未考虑负序的补偿量。文献[13]提出了利
平衡的工况,其不平衡的原因可分为事故性与正常用三相中最大输出电压来衡量负序电流补偿能力的
性两大类。事故性电网不平衡是由于电力系统方法,但是缺乏实验验证。文献[14]提出了基于零
出现故障所导致,由保护装置切除故障元件后使电序电压叠加法的不平衡控制策略,可以用于在电网
力系统恢复正常。而正常性的不平衡一般是由于不平衡工况下补偿不平衡负载。
平衡负载所导致,其中容量较大、不平衡度严重的包
本文针对星形链式 STATCOM在电网不平衡工
括电力机车和电弧焊等负载情况。本文研究的况下的补偿与控制问题,以三角形 STATCOM的补
工况属于正常性的不平衡工况。
偿特性为参考,针对星形 STATCOM的自身特点,提
当三相系统电压出现不平衡时,现有的STAT-出了星形 STATCOM的基于导纳变换的零序电压计
COM装置通常采用封锁脉冲、切出电网的策略保护算法,并通过添加零序电压的策略实现对星形
装置,等待电网恢复正常后再重新投入。然而大容 STATCOM不平衡工况下的稳定控制。本文还分别
量链式 STATCOM装置并网投人运行过程比较复通过仿真与实验验证,证明了本文所提出策略的正
杂,更何况频繁的投切也不利于装置的安全运确性与有效性,从而拓展了星形链式 STATCOM的
行?。因此,在一定电网电压不平衡度的范国之应用范围。
收稿日期:2016-1-03
作者简介:王松(1985-),男,江苏籍,工程师,博士,研究方向为智能电网、柔性交直流输电技术等
李耀华(1966-),男,河南籍,研究员,博导,研究方向为电力电子变流技术、电机分析与控制技术等。
电工电能新技术
第36卷第1期
2链式 STATCOM补偿特性分析
G,s ]tab
(1)
2.1三角形 STATCOM补偿特性分析
Gm + JB
三角形链式 STATCOM,其三相主电路参数一
负载的相电流与线电流的时域关系为
致,且相互独立,因此三相系统可以等效成三个单相
系统来进行研究?。主电路如图1所示。其中,电
(2)
网相电压为ルm、ルい、u。, STATCOM每相输出电流为
inm,负载电流为n、b、。;等效损耗电阻为
R,输人滤波电感为L,直流电容为C;链式H桥输出
式(2)方程组的系数矩阵的秩等于2,无法获得
电压为unp、uho、r, STATCOM的相电压为uAB、Lac、
唯一解,其通解为:
电网
无功
(3)
负戟
在实际的配电网负载补偿中,检测负载的电流
H?1DR
传感器一般只能检测相电流、い、い,而式(3)表
E
明,只通过检测负载的线电流,不能直接用来计算线
H
电流、。、1n。文献[15]提出了三种计算补偿的
相电流的方法。其中,基于电纳补偿原理的方法适
用于电网平衡工况;最大相电流的最小化设计算法
使三相输出电流大小相等、过电流风险最低,但是针
对不同的不平衡负载时,其算法也不一致,且计算繁
复;无零序环流设计方法,尽管其最大相电流的分布
BC
CA相
情况不如最大相电流最小化设计方案理想,但是
者差别并不大,在一定程度上,也可以取得与优化设
图1三角形链式 STATCOM结构图
计接近的效果。
Fig 1 Structure of delta cascade STATCOM
本文采用无零序环流的三角形链式 STATCOM
采取与文献[14]一致的简化方法,忽略较小的参考电流提取方法,实现电网不平衡下负载补偿的
有功损耗,将每一相换流链等效为ー个电纳,则简化功能。令式(3)中的,=0,则
的数学模型如图2所示。
B
在式(4)基础上,以线电压作为参考,则每一相
STATCOM
的负载相电流可以写为有功电流与无功电流之和
简化模型
负載
Iwb=Re(I1)+jim(I, )=YU =(Gwb +JB.5)U
图2三角形链式 STATCOM简化结构图
Ihe= Re(r
G1。+iBn。)U
Fig 2 Simplified structure of delta cascade STATCOM
e(lu)+jIm()=YU。=(C-。+jB-)Ua
?2所示的三相负载,其相间的负载可以等效
(5)
为电导与电纳的组合,即
式中,电流的有功部分由电导G产生;电流的无功
部分由电纳B1产生。