【正文】 老師們認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。從這里走出，對(duì)我的人生來(lái)說(shuō)，將是踏上一個(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計(jì)過(guò)程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計(jì)思路和操作方法，并對(duì)我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。本文是在導(dǎo)師辛勤指導(dǎo)下完成的，這段時(shí)間以來(lái)，劉老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神、勤懇的工作作風(fēng)、是我一生學(xué)習(xí)的楷模。靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM)的原理與實(shí)現(xiàn)[M] 中國(guó)電力出版社出版[2]、于群，曹娜編著。通過(guò)采用電力系統(tǒng)仿真軟件MATLAB/Simulink分析STATCOM對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程。下圖即為在間接控制策略下的STATCOM系統(tǒng)仿真總圖。它能夠進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的仿真，也能夠進(jìn)行線性和非線性系統(tǒng)仿真，并且支持多種采樣頻率系統(tǒng)的仿真，使不同的系統(tǒng)能以不同的采樣頻率組合，這樣就可以仿真較大、較復(fù)雜的系統(tǒng)。采用電流PWM跟蹤控制的直接控制方法，STATCOM輸出電流中的諧波含量少。(2)直接控制比間接控制的系統(tǒng)穩(wěn)定性高。由于直接電流控制法是對(duì)電流瞬時(shí)值的跟蹤控制，要求主電路中電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件有較高的開(kāi)關(guān)頻率，對(duì)于大功率STATCOM場(chǎng)合，這種方法有很大的局限性，適用于中小容量的STATCOM的控制. 間接電流控制所謂間接電流控制，是通過(guò)STATCOM逆變器所產(chǎn)生交流電壓基波的相位和幅值，來(lái)間接控制STATCOM的交流側(cè)電流。經(jīng)和變換即可計(jì)算出被檢測(cè)電流的基波分量，dq變換，即Park變換，是一種根據(jù)雙反應(yīng)原理將參考坐標(biāo)自旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子側(cè)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)子側(cè)上的坐標(biāo)變換。（6）基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的電流檢測(cè)法：該方法可以在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱或畸變的情況下，仍能精確地分離出基波正序瞬時(shí)無(wú)功電流和不對(duì)稱及高次諧波瞬時(shí)無(wú)功功率電流，并對(duì)它們進(jìn)行有選擇性的補(bǔ)償或完全補(bǔ)償。因此，實(shí)時(shí)精確的檢測(cè)方法對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难芯渴种匾?。由于STATCOM裝置產(chǎn)生的電壓UI的大小可以連續(xù)快速地控制，因此STATCOM吸收的無(wú)功功率可以連續(xù)地由正到負(fù)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。而對(duì)傳統(tǒng)的SVC裝置，其所需儲(chǔ)能元件的容量至少要等于其所提供的無(wú)功功率的容量。 a)采用電壓型橋式電路 b）采用電流橋式電路 圖21 STATCOM的電路基本結(jié)構(gòu) 對(duì)于電壓型橋式電路，其直流側(cè)以電容作為儲(chǔ)能元件，將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷和ㄟ^(guò)串聯(lián)電抗并入電網(wǎng)，其中串聯(lián)電抗起到阻尼過(guò)電流、濾除紋波的作用:對(duì)于電流型橋式電路，其直流側(cè)以電感作為儲(chǔ)能元件，將直流電流逆變?yōu)榻涣?，紐流送入電網(wǎng)。 為了充分發(fā)揮STATCOM在系統(tǒng)中的作用，需要對(duì)STATCOM的裝設(shè)地點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，以提高系統(tǒng)的性能投資比。 STATCOM的發(fā)展趨勢(shì)近十多年來(lái)，世界范圍內(nèi)有關(guān)STATCOM的研究和應(yīng)用有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，縱觀近年來(lái)建設(shè)的這些項(xiàng)目和投運(yùn)裝置，具有如下的發(fā)展趨勢(shì): (1)更大容量如100Mvar200Mvar的STATCOM主電路的研究。160Mvar STATCOM，已于1997年開(kāi)始運(yùn)行。 (3)在電氣化鐵道等三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償可平衡三相的有功及無(wú)功負(fù)載。電容器分組的具體方法比較靈活，一般希望能組合產(chǎn)生的電容值級(jí)數(shù)越多越好，這樣可以盡可能的實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)，但是也應(yīng)綜合考慮到系統(tǒng)復(fù)雜性以及經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題。如圖25所示，與電容C串聯(lián)的電感與其構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，兼作高次諧波的濾波器，濾去由TCR產(chǎn)生的5, 7, 11…等次諧波電流。而當(dāng)系統(tǒng)電壓低于參考電壓時(shí)，補(bǔ)償器則產(chǎn)生容性無(wú)功電流，提高系統(tǒng)電壓。此后，各國(guó)廠家紛紛推出各自的產(chǎn)品。SVC本身產(chǎn)生一定量的諧波，而在STATC}M中，則完全可采用橋式交流電路的多重化技術(shù)、多電平技術(shù)，以消除次數(shù)較低的諧波。 靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置(Static Var CompensatorSVC)優(yōu)點(diǎn)：（1)在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，STATCOM的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同步調(diào)相機(jī)。缺點(diǎn)：（1)只能補(bǔ)償感性無(wú)功，且不能連續(xù)調(diào)節(jié)。所謂靜止無(wú)功補(bǔ)償是指用不同的靜止開(kāi)關(guān)投切電容器或電抗器，使其具有吸收和發(fā)出無(wú)功電流的能力，用于提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，抑制系統(tǒng)振蕩等功能。177。100Mvar STATCOM；1997由德國(guó)西門子公司開(kāi)發(fā)研制的177。 (2)穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。因此，諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償已成為電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)等領(lǐng)域面臨的一個(gè)重大課題，引起人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，因此如何更好、更有效、更優(yōu)化的對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償是擺在電力工作者面前亟待解決的問(wèn)題。300kvar STATCOM工業(yè)樣機(jī)和177。對(duì)于長(zhǎng)距離輸電線來(lái)說(shuō)其熱穩(wěn)定極限是很高的，但受其他三項(xiàng)的限制，使其輸送容量無(wú)法達(dá)到最大。1Mvar STATCOM 在紐約的Sspring Valley投入示范運(yùn)行；1991年日本的三菱公司與關(guān)西電力公司共同研制的177。20Mvar STATCOM，該項(xiàng)目被列為原店里不的重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。所以這些設(shè)各已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。并聯(lián)電容器投入后，向系統(tǒng)供應(yīng)感性無(wú)功功率，分擔(dān)了系統(tǒng)的絕大部分無(wú)功負(fù)荷，使得功率因數(shù)大大提高。 飽和電抗器優(yōu)點(diǎn)：與同步調(diào)相機(jī)相比，具有靜止型的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)速度快。(5)述接電抗小。(2)技術(shù)要求高，控制起來(lái)比較復(fù)雜。當(dāng)電容器單獨(dú)作用時(shí)，補(bǔ)償器的電流如圖中虛線所示，即隨其端電壓的增大而增大。1978年，在美國(guó)電力研究院的支持下，西屋電氣公司制造的使用晶閘管的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置投入實(shí)際運(yùn)行。 a）等效電路圖 b）伏安特性圖圖15 TCR型靜止無(wú)功補(bǔ)償器等效電路與伏安特性圖TSC型補(bǔ)償器的工作原理比較簡(jiǎn)單，其等效電路圖如圖26a)所示，利用兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開(kāi)，其實(shí)只是以晶閘管開(kāi)關(guān)取代了常規(guī)電容器所配置的機(jī)械式開(kāi)關(guān)。 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c(diǎn): (1)提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗。50Mvar STATCOM在新信濃電站投入使用；1995年美國(guó)的電力科學(xué)院EPRI、田納西流域管理局TVA與西屋公司投入了一臺(tái)177。300kvar STATCOM于1996年11月通過(guò)了電力部組織的專家評(píng)審，1997年在河南鄭州的變電站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和試運(yùn)行。目前采用的措施是當(dāng)系統(tǒng)異常導(dǎo)致裝置發(fā)生過(guò)電流時(shí)，立即封鎖脈沖以保證裝置的安全，等系統(tǒng)電壓變化趨于緩和時(shí)再重新投入運(yùn)行，因此為了加強(qiáng)STATCOM對(duì)系統(tǒng)電壓變化的跟蹤能力，充分發(fā)揮它的作用，需要系統(tǒng)地研究STATCOM在異常情況下的行為及其相應(yīng)的保護(hù)對(duì)策。(5) 基于METALAB的STATCOM仿真 2 STATCOM 的工作原理及數(shù)學(xué)模型 STATCOM的基本結(jié)構(gòu) STATCOM的基本工作原理是將電壓型逆變橋電路直接或者通過(guò)電抗與公用電網(wǎng)連接起來(lái)，然后通過(guò)調(diào)節(jié)逆變橋交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或通過(guò)直接控制交流側(cè)電流，使逆變橋電路吸收或者發(fā)出需要的無(wú)功電流，達(dá)到動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹５珜?shí)際上由于諧波的存在使得總體看來(lái)電源和STATCOM之間會(huì)有少許無(wú)功能量的往返。連接變壓器本身的漏抗可以用于限制電流，防止逆變器故障或系統(tǒng)故障時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的電流。但上述數(shù)學(xué)模型為時(shí)變系數(shù)的微分方程，理論分析比較困難，為此我們利用電力系統(tǒng)中常用的經(jīng)典派克變換(也稱dq0變換，為線性變換矩陣)，將時(shí)變微分方程變換為常系數(shù)微分方程。（5）同步檢測(cè)法：臺(tái)灣學(xué)者ChenCL提出的同步檢測(cè)法有等功率(PSD),等電流(CSD)、等電阻(RSD)三種檢測(cè)途徑，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不平衡三相電力系統(tǒng)無(wú)功和諧波電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)，但是無(wú)法分離出補(bǔ)償電流中的無(wú)功電流和諧波電流。但是，它只適用于三相電壓正弦、對(duì)稱的情況下的三相電路高次諧波和基波無(wú)功電流的檢測(cè)。:ia、ib、ic為負(fù)載三相電流。的正弦波與無(wú)功電流參考值相乘，再與瞬時(shí)電流有功分量的參考值相加得到。電流間接與直接控制具有各自的特點(diǎn)，歸納起來(lái)有如下幾個(gè)方面:(1)電流的間接控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)相對(duì)成熟。(4)直接控制對(duì)電力半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)頻率要求高，它適用于較小容量STATCOM的控制。Simulink掛接在MATLAB環(huán)境上，以MATLAB的強(qiáng)大計(jì)算功能為基礎(chǔ)，利用直觀的模塊框圖進(jìn)行仿真和計(jì)算。該模塊可以方便的進(jìn)行RLC電路、電力電子電路、電力系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)模塊的仿真。下圖所示的是STATCOM投入運(yùn)行后的再STATCOM交流側(cè)的A相電壓和A相電流波形圖： a） 投入STATCOM A相電壓波形 b)STATCOM A相電流波形 圖45 STATCOM交流側(cè)A相電壓與A相電流波形圖 可以看出，經(jīng)過(guò)短暫的震蕩之后，STATCOM開(kāi)始吸收穩(wěn)定的容性電流，為系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：。這為進(jìn)一步發(fā)展結(jié)合電力電子技術(shù)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供了廣闊的空間和良好的契機(jī)。Paris. Gate Aug. turnoff thyristor for ~203[15] C .D .Schauder，H. Mehta. Vector analysis and control of advanced static Var pensators. IEEE ProceedingsC，(4).[16] E .V .Lasern，and D. H. Bac