【正文】 20Mvar STATCOM 總體設(shè)計(jì) . 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 . 20xx, 24(23):14~18 22 R. S. Kanchan, M. R. Baiju, K. K. Mohapatra, P. P. Ouseph, K. Gopakumar. Space Vector PWM Signal Generation for Multilevel Inverter Using only the Sampled Amplitudes of Reference Phase Voltages. IEE Proc. Electric Power Application. 20xx, 152(2):297~309 23 Shukla, A. Ghosh, A. Joshi. Static Shunt and Series Compensations of an SMIB System Using Flying Capac itor Multilevel Inverter. IEEE Trans. on Power Delivery. 20xx, 20(4):2613~2622 24 H. Li, D. Cartes, M. Steurer, H. B. Tang. Control Design of STATCOM with Superconductive Magic Energy Storage. IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 20xx, 15(2):1883~1886 TSC 靜止無(wú)功補(bǔ)償提高系統(tǒng)電壓理論研究 26 。 TSC 靜止無(wú)功補(bǔ)償提高系統(tǒng)電壓理論研究 24 參考文獻(xiàn) 1 孫元章 , 王志芳 , 盧強(qiáng) . 靜止無(wú)功補(bǔ)償器對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響 . 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào) . 1997, 17(6):373~376 2 李海蜂 , 李乃湘 . FACTS 裝置用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的綜述 . 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 . 1998, 22(9):31~37 3 G. W. Chang, T. C. Shee. A novel reference pensation current strategy for shunt active power filters control. IEEE Trans. on Power Delivery. 20xx, 19(4): 1751~1758 4 Jin Hua, G. Goos, L. Lopes, An effic ient switched reactor based static Var pensator。 在 MATLAB/SIMULINK 環(huán) 境下對(duì) TSC 進(jìn)行了仿真研究。 在分析了 TSC 的特點(diǎn)后，確定了 TSC 的控 制策略， TSC 以無(wú)功功率為主要目標(biāo)。 本文對(duì) TSC 無(wú)功補(bǔ)償方式進(jìn)行了深入的分析和研究，得到以下結(jié)論 : 分析了無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)的影響以及在電力系統(tǒng)中所能起到的作用， 論述了無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展?fàn)顩r。 TSC 靜止無(wú)功補(bǔ)償提高系統(tǒng)電壓理論研究 23 結(jié) 論 隨著電力電子設(shè)備等非線性負(fù)荷的日益增多，各電力用戶對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及電能質(zhì)量都提出了更高的要求，這就使得無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制問(wèn)題引起人們?cè)?來(lái)越多的關(guān)注。建立了 +300Mvar/100Mvar 3TSC 的仿真模型。 C 相無(wú)電流 ，然后是 BC 相之間的晶閘管導(dǎo)通，最后 AC 相間晶閘管導(dǎo)通，TSC 三相全部投入運(yùn)行；圖中的電路波 形可以明顯看出 TSC 投入瞬間無(wú)沖擊電流，確保了電容器的平穩(wěn)投入。 21 43 晶閘管兩端電壓波形 44 TSC 電流波形 圖 43 給出的是 AB 兩相間的晶閘管兩端的電壓波形，圖中可以看出本文設(shè)計(jì)的投切控制系統(tǒng)可以保證電容器在晶閘管電壓過(guò)零點(diǎn)投入系統(tǒng)。靜止無(wú)功補(bǔ)償器監(jiān)控一次側(cè)的電壓并且發(fā)送合適的脈沖給 24 個(gè)晶閘管（每個(gè)三相組各有 3 個(gè) 晶閘管），進(jìn)而得到穩(wěn)壓器要求的電納 。而相控的 TCR 則可以無(wú)功功率從 0 到 109Mvar 連續(xù)的變化。該系統(tǒng)連接于變壓器的二次側(cè)。該仿真圖為一個(gè) 300Mvar 的靜止無(wú)功補(bǔ)償器電壓控制一個(gè) 6000MVA 735kV 的系統(tǒng)。 建立仿真模型 現(xiàn)模擬如圖 41 所示的 TSC 型靜止無(wú)功補(bǔ)償器。因?yàn)?其運(yùn)算快、測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，比手工計(jì)算方便，且可以多次使用，所以應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算在實(shí)際運(yùn)行工作中有著廣泛的前景。 MATLAB 提供給技術(shù)人員的不僅僅是各類問(wèn)題的解決方案，更重要的是使這些技術(shù)的使用變得輕松簡(jiǎn)單。 MATLAB 在科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)方面的另一個(gè)重要內(nèi)容，是推出了與數(shù)值聯(lián)系緊密的圖形繪制功能。任何工程從最初的設(shè)計(jì)構(gòu)思到通過(guò)軟件進(jìn)行實(shí)際情況模擬，再到實(shí)際應(yīng)用，往往計(jì)算較復(fù)雜，并且 一旦出現(xiàn)小失誤，就前功盡棄。 19 4 TSC 工作原理的仿真研究 關(guān)于 MATLAB 仿真軟件 本文的仿真過(guò)程 式 借助 MATLAB 軟件完成的。說(shuō)明了一種傳統(tǒng)的九區(qū)圖 法 控制策略 ，并對(duì)于 TSC 控制方法進(jìn)行說(shuō)明。同時(shí)， SSR 將晶閘管及其觸發(fā)電路和邏輯控制電路封裝在一起，大 大減小了裝置體積，提高了 TSC 裝置的可靠性。目前，除采取微機(jī)優(yōu)化控制、光耦過(guò)零觸發(fā)等方法外，還可利用過(guò)零固態(tài)繼電器 (solid state relay， SSR)進(jìn)行投切 [2021]。若兩者極性相反，則會(huì)產(chǎn)生無(wú)觸發(fā)，造成設(shè)備損壞。 ②電容器存在放電 過(guò)程。在現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境中， 許多來(lái)自外界的干擾源 (如諧波電壓、浪涌電壓、噪聲輻射等 )也可能存在。晶閘管分組投切電容器組在理論上完全可以實(shí)現(xiàn)無(wú)過(guò)渡過(guò)程投切，但實(shí)際中仍存在著誤觸發(fā)問(wèn)題。 ⑶ 晶閘管投切的誤觸發(fā)問(wèn)題。另外，在電容器回路開(kāi)斷的暫態(tài)過(guò)程中，開(kāi)斷過(guò)電壓也會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，特別是在電容器殘壓存在時(shí)還會(huì)造成電壓疊加、過(guò)電壓成倍放大，從而發(fā)生設(shè)備事故。電力電容器作為一種儲(chǔ)能元件，在其通斷過(guò)程中存在暫態(tài)過(guò)程，嚴(yán)重影響了電容器的投切控制。另 外，選用不同的控制方案以及采用運(yùn)用軟件程序設(shè)置標(biāo)志性單元的方法來(lái)判斷是否存在振蕩性投切，都是很好的輔助手段。投切振蕩很容易造成控制設(shè)備和電容器的損壞，必須予以避免。電容切除后，功率因數(shù)又變得低于預(yù)設(shè)補(bǔ)償?shù)南孪拗怠Ｔ诓捎冒垂β室驍?shù)控制投切時(shí)，當(dāng)各分組電容器之間的容量設(shè)置得不合理可能會(huì)出現(xiàn)如下情況：當(dāng)負(fù)載變動(dòng)使功率因數(shù)低于預(yù)設(shè)補(bǔ)償?shù)南孪拗禃r(shí)，控制器發(fā)出指令投入一組電容。 TSC 補(bǔ)償裝置具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性和通用性，在各種工業(yè)用系統(tǒng)中都能發(fā)揮出很好的工作特性，并在冶金、采礦、石油化工、電氣化鐵路等領(lǐng)域中取得了較好的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)試運(yùn)行測(cè)算，網(wǎng)損在 10%以上的 10 kV 配電線路在加裝 TSC 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置后可降損 5%~10%，且在三相負(fù)載平 衡處，其功率因數(shù)可達(dá)到 以上，不會(huì)出現(xiàn)無(wú)功倒送，同時(shí)在優(yōu)化電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上也提高了配電設(shè)備容量的利用率。在以城市 10 kV 中壓配電系統(tǒng)為代表的民用配電網(wǎng)中，居民及小商業(yè)用戶端負(fù)荷日益加劇，且日負(fù)荷隨用電的峰、谷時(shí)段變化較大 。按照應(yīng)用范圍分類，其主要分為日常民用系統(tǒng)和工業(yè)用系統(tǒng) 2 類。在 SVC 的發(fā)展歷程中，先后出現(xiàn)了同步調(diào)相機(jī)、自飽和電抗器等產(chǎn)品，但都因其性能及生產(chǎn)工藝上的不足漸漸淡出了人們的視野。我國(guó)平頂山至武漢鳳凰山 500kV 變電站引用進(jìn)口的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備就是 TSC 型。隨著技術(shù)的發(fā)展以及電網(wǎng)安全和電力用戶的需要，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用，且應(yīng)用的方式也將隨著使用場(chǎng)合的不同而靈活采用不同的無(wú)功補(bǔ)償方式，或者同時(shí)綜合采用多種無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。所以，配網(wǎng)側(cè) SVC 在一定條件下不僅可以改善配網(wǎng)用戶的用電質(zhì)量，同時(shí)還可以降損節(jié)電。為了降低無(wú)功傳輸帶來(lái)的不利影響，可以在配電網(wǎng)無(wú)功 負(fù)荷集中處安裝一定容量的SVC 由 SVC 向負(fù)荷點(diǎn)就近提供無(wú)功功率，以減少系統(tǒng)流入的 Q，這樣不僅可使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的壓降 ΔU 變小，同時(shí)也可使網(wǎng)絡(luò)的線損減小。 當(dāng)然， TSC 也有其自身的弱點(diǎn)，它是阻抗型補(bǔ)償，隨著電壓的降低其無(wú)功輸出也會(huì)與電壓成平方關(guān)系降低，若采用基于電壓源逆變器的 STATCOM 將會(huì)取得更好的效果。負(fù)荷不平衡時(shí)， TSC 不平衡控制策略可以補(bǔ)償系統(tǒng)使供電電流變成三相平衡，能夠使單相負(fù)荷變成三相平衡負(fù)荷而沒(méi)有無(wú)功分量。它可以在一個(gè)與工頻 50Hz 不同的頻率下作適當(dāng)浮動(dòng)，如果浮動(dòng)與系統(tǒng)搖擺或振蕩頻率相同而 相位相反，就可以增大系統(tǒng)系統(tǒng)的阻尼而抑制振蕩。 3，有效的阻尼系統(tǒng)震蕩。 2，有力的支持系統(tǒng)電壓，防止電壓崩潰。 TSC 應(yīng)用于電力系統(tǒng)中對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生 的影響有： 1，增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。如果用于補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功功率或校正系統(tǒng)功率因數(shù)，只需將電壓設(shè)定值改為相應(yīng)的無(wú)功設(shè)定值或功率因數(shù)設(shè)定值即可。但為了充分利用兩種控制方式各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多重控制的目的，也常常將這兩種控制方式聯(lián)合起來(lái)使用。 TSC 在進(jìn)行系統(tǒng)補(bǔ)償時(shí)，其控制目標(biāo)通常是 調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，此時(shí)高的控制精度則是控制系統(tǒng)的最基本要求，故以采用閉環(huán)控制方式居多。文獻(xiàn) [3]中對(duì)開(kāi)環(huán)控 15 制系統(tǒng)的一般構(gòu)成進(jìn)行了較為詳細(xì)的解釋，在次不再贅述。 TSC 在進(jìn)行負(fù)荷 補(bǔ)償時(shí)，主要用來(lái)抑制電壓波動(dòng)與閃變，響應(yīng)迅速是 起 控制器的最基本要求，因此開(kāi)環(huán)控制方式也就成為減小電壓閃變的常用控制方式。開(kāi)環(huán)控制即通常說(shuō)的前饋控制，響應(yīng)迅速，但控制精度低，控制策略相對(duì)比較簡(jiǎn)單，多用于負(fù)載補(bǔ)償。 以九區(qū)圖為控制策略的裝置在實(shí)際運(yùn)行中，其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在當(dāng)電網(wǎng)（變電站）在某些運(yùn)行區(qū)域（九區(qū)圖中的區(qū)域）時(shí)，會(huì)增加電容器的動(dòng)作次數(shù)，提高檢修頻率，影響電器設(shè)備的使用壽命。這時(shí)根據(jù) 5 區(qū)的策略應(yīng)該投電容器，如果沒(méi)有電容器可以投入的話應(yīng)該升高電壓。因此造成升壓→降壓→升壓→降壓 ??這樣的操作指令，使運(yùn)行點(diǎn)在 1 區(qū)和 7 區(qū)之間來(lái)回振蕩，反之也是同樣 。可是電壓和無(wú)功是互相影響的，電壓升高，功率因數(shù)會(huì)變大，這時(shí)運(yùn)行點(diǎn)有可 能進(jìn)入 1 區(qū)在②點(diǎn)運(yùn)行。 九區(qū)圖控制原理存在的問(wèn)題主要是 :控制策略是基于固定的電壓無(wú)功上下限而未考慮無(wú)功調(diào)節(jié)對(duì)電壓的影響及相互協(xié)調(diào)的關(guān)系：用于運(yùn)算分析的信息由分散性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，造成了控制策略的盲目和不確定性， 實(shí)際表現(xiàn)為設(shè)備頻繁調(diào)節(jié)。 8 區(qū) :電壓越下限、無(wú)功越下限 (過(guò)補(bǔ)償 )。 7 區(qū) :電壓越下限、無(wú)功合格。發(fā)投電容器組指令，投入電容器組直至無(wú)功補(bǔ)償合適為止。若電容投完，則停發(fā)投電容指令，發(fā)升壓指令。 14 5 區(qū) :電壓合格、功率因數(shù)越下限 (無(wú)功越上限 )。先發(fā)降壓指令，待電壓降至合格后，再發(fā)投電容器組指令，直到電容器合適為止。發(fā)降壓指令，直到電壓降低至合格為止。先發(fā)切除電容指令，到無(wú)功補(bǔ)償合適時(shí)，若電壓還高，轉(zhuǎn)發(fā)降壓指令。若電容己切完，無(wú)功仍然越下限，停發(fā)切電容指令，發(fā)降壓指令。 1 區(qū) :電壓合格，無(wú)功越下限 (過(guò)補(bǔ)償 )。無(wú)功功率的上、下限值則由補(bǔ)償電容器的容量以及電網(wǎng)是否要求該站向電網(wǎng)輸送無(wú)功功率來(lái)決定。每個(gè)分區(qū)有不同的控制規(guī)則，以這樣的策略來(lái) 圖 31 九區(qū)圖法控制 原理圖 控制電壓和無(wú)功。九區(qū)圖控制法是將電壓和無(wú)功的區(qū)域結(jié)合起來(lái)，組成一個(gè)平面，在該平面內(nèi)分為 9 個(gè)區(qū)域。電壓、功率因數(shù)控制是指根據(jù)預(yù)先設(shè)定的整定功率因數(shù)，由檢測(cè)到的電網(wǎng)實(shí)際功率因數(shù)控制所需的補(bǔ)償電容容量，電容器組投入后 ，只有當(dāng) m a xm in co sco sco s ??? ??且電壓不超過(guò)允許值時(shí)，才能運(yùn)行于穩(wěn)定區(qū)。 ⑵ 綜合控制功能的控制策略 這類控制器包括：按電壓、功率因數(shù)綜合控制；按電壓、時(shí)間綜合控制；按電壓、無(wú)功功率綜合控制。如果計(jì)算值小于最小一組電容器的容量 (下限值 )，則應(yīng)保持補(bǔ)償狀態(tài)不變。 此類控制策略的方法較簡(jiǎn)單，以無(wú)功功率變化控制策略為例簡(jiǎn)要說(shuō)明，其余控制策略這里不再贅述。其主要缺點(diǎn)是對(duì)配電系統(tǒng)電能質(zhì)量補(bǔ)償能力弱 隨著計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的迅速發(fā)展，先后出現(xiàn)了多種 TSC 無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?，主要可以分為兩種。 12 3 TSC