靜止同步補(bǔ)償器STATCOM仿真研究aa畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 信息與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程與自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目： 靜止同步補(bǔ)償器STATCOM仿真研究 專 題： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 年 6 月 徐州中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院信電學(xué)院專業(yè)年級 電氣工程與自動(dòng)化2005-5學(xué)生姓名 何倩 任務(wù)下達(dá)日期： 2009年 2 月 16日畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2009年2月16日至 2009年6月20日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：靜止同步補(bǔ)償器STATCOM仿真研究畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：1.了解無功補(bǔ)償?shù)淖饔?、無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀； 2.掌握STATCOM工作原理

2、；3.學(xué)習(xí)STATCOM的電壓控制和電流/功率控制方法，掌握至少一中控制方案；4.給出一個(gè)較完整的STATCOM系統(tǒng)仿真；5.翻譯相關(guān)領(lǐng)域英文文獻(xiàn)1篇。院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；工作態(tài)度及工作量；總體評價(jià)及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力；工作量的大小；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；寫作的規(guī)

3、范程度；總體評價(jià)及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯(cuò)誤有原則性錯(cuò)誤沒有回答答辯委員會(huì)評語及建議成績：答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要無功補(bǔ)償系統(tǒng)STATCOM是靈活交流輸電系統(tǒng)的重要裝備。本文圍繞STATCOM控制系統(tǒng)的組成與原理，論述了多種無功檢測原理，采用基于瞬時(shí)無功理論的p-q檢測方法；論述了STATCOM控制策略，采用了電壓矢量定向的直接功率控制VO-DPC方式，建立了基于MATLAB

4、/Simulink環(huán)境下的STATCOM系統(tǒng)仿真模型，對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果表明論文選定的STATCOM方案正確，具有良好的無功動(dòng)態(tài)性能。對電力系統(tǒng)中無功功率進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可實(shí)現(xiàn)如下的功能：（1）對動(dòng)態(tài)無功負(fù)載的功率因數(shù)校正(2)改善電壓調(diào)整率（3）提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性（4）降低過電壓（5）減少電壓閃爍（6）阻尼次同步振蕩（7）減少電壓和電流的不平衡。關(guān)鍵詞: STATCOM;電壓定向直接功率控制;p-q理論ABSTRACTSTATCOM reactive power compensation system is a flexible AC transmission sys

5、tem and equipment. This paper ia around STATCOM control system in composition as well as theory,.It contains a wide range of reactive power detection principle, and based on the theory of instantaneous reactive detection of p-q throry. In this paper, I discusse the control strategy of STATCOM using

6、the voltage vector orientation of direct power control mode VO-DPC . Based on MATLAB / Simulink environment, STATCOM simulation model of the system results show that the STATCOM program of selected papers is correct, has a good dynamic performance of reactive power.On the power system，reactive power

7、 in rapid dynamic compensation can realize the function as follows: (1) the dynamic reactive power load of the power factor correction (2) to improve the voltage regulation (3) to improve power system static and dynamic stability (4) reduce the over-voltage (5) to reduce the voltage flicker (6) osci

8、llation damping (7) to reduce the voltage and current imbalance and so on.Key words: STATCOM, VO-DPC, p-q theory目 錄1 緒論11.1課題背景11.2研究目的和意義11.3無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉鞍l(fā)展21.4無功補(bǔ)償各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)41.5國內(nèi)外對于STATCOM的研究現(xiàn)狀61.6 STATCOM主要優(yōu)點(diǎn)81.7本章小結(jié)92 STATCOM的原理102.1 STATCOM的基本原理102.2 STATCOM的工作特性122.3 STATCOM的拓?fù)溥x型133 STATCOM控制系統(tǒng)的控制策略

9、研究153.1 STATCOM電流檢測的幾種算法153.2 本文采用的檢測算法16瞬時(shí)有功、無功功率運(yùn)算法(簡稱p-q法)173.2.2 法183.3 STATCOM的控制策略18電流直接控制19電流間接控制19電壓定向直接功率控制(VO-DPC)204 基于DPC直接功率控制的STATCOM系統(tǒng)仿真254.1 MATLAB/Simulink仿真技術(shù)概述254.2 STATCOM仿真模型建立264.3 仿真結(jié)果324.4 DPC系統(tǒng)性能分析395 結(jié)論與展望40致謝41參考文獻(xiàn)42翻譯部分44中文譯文44英文原文541 緒論課題背景研究目的和意義并聯(lián)電容器（2）當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)，電容器上的補(bǔ)償

10、電流相應(yīng)下降，使得補(bǔ)償?shù)臒o功量急劇下降，系統(tǒng)電壓下降更大。（3）在系統(tǒng)有諧波時(shí)，還可能發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波電流放大，甚至造成電容器的燒毀。同步調(diào)相機(jī)在過勵(lì)磁或欠勵(lì)磁的不同情況下可分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。（1）由于其為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，因而損耗和噪聲都較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜大容量技術(shù)難度高。（2）響應(yīng)速度慢，在很多情況下，已無法適應(yīng)快速無功功率控制的要求。飽和電抗器與同步調(diào)相機(jī)相比，具有靜止型的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)速度快。（1）由于其鐵心需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲也都很大。（2）存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)荷的不平衡。靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）（1）用電力電子器件中的晶閘管

11、替代常規(guī)電容器所配置的機(jī)械式開關(guān)。揭開了電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的新篇章。（2）價(jià)格適中，應(yīng)用廣泛（1）在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功功率時(shí)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量諧波，需要將固定電容器和電感串聯(lián)構(gòu)成諧波濾波器來濾除諧波。（2）存在調(diào)節(jié)不連續(xù)和響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。（3）最致命的是SVC設(shè)備之所以能產(chǎn)生感性無功功率，依靠的仍然是其中的電容器。這就導(dǎo)致SVC與靜電電容器有著同樣不可逾越的障礙，即當(dāng)電壓水平過于低下，急需無功補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償器的輸出反而會(huì)減少。靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）也稱靜止無功發(fā)生器（SVG）（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)。（2）

12、控制靈活，調(diào)節(jié)范圍廣，其在感性和容性運(yùn)行工作情況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)。（3）靜止運(yùn)行、安全穩(wěn)定、大大提高了裝置壽命，改善環(huán)境影響。（4）STATCOM裝置采用直流電容器代替交流電容器，不僅可調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率，還可調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率。同時(shí)使STATCOM裝置的體積減小，損耗降低。（5）連接電抗小。STATCOM接入電網(wǎng)的連接電抗，其作用是濾除電流中存在的較高次諧波，另外還起到將變流器和電網(wǎng)這兩個(gè)交流電壓源連接起來的作用，因此所需的電感量遠(yuǎn)小于補(bǔ)償容量相同的SVC。（4）對系統(tǒng)電壓進(jìn)行瞬時(shí)補(bǔ)償，即使系統(tǒng)電壓降低，其仍可維持最大無功電流。（5）諧波量小。SVC本身產(chǎn)生一定量的諧波，而在STATCOM

13、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。（6）SVC裝置是電抗型的，接入電力系統(tǒng)之后有可能改變原電力系統(tǒng)的阻抗特性，而導(dǎo)致出現(xiàn)諧振。而STATCOM裝置為電壓源逆變裝置，不會(huì)產(chǎn)生諧振。（7）STATCOM的端電壓，對外部系統(tǒng)的運(yùn)行條件和結(jié)構(gòu)變化不敏感，即輸出穩(wěn)定的系統(tǒng)電壓。（1）初始投資和運(yùn)行費(fèi)用都比較高。（2）技術(shù)要求高，控制起來比較復(fù)雜。（3）容量太大及由此引發(fā)的系統(tǒng)復(fù)雜問題。研制者投入地點(diǎn)容量/MVAR運(yùn)行時(shí)間1三菱電機(jī)、關(guān)西電力日本201980年2三菱電機(jī)、關(guān)西電力日本801991年3東芝、日立、東京電力日本5021992年4西屋公司、EPRI、田納

14、西電力美國1001996年5西門子丹麥81997年6西屋、EPRI、美國電力美國1601997年7清華、河南省電力公司中國201999年8ALSCOM、NGC英國751999年9三菱美國133/-412001年10三菱、圣迭戈天然氣和電力公司美國1002002年11KEPRI、KEPOC韓國802003年12ALSTOM、美國東北電力美國1502003年13ABB、奧斯汀能源美國1002004年14清華、許繼、上海電力公司中國502006年2 STATCOM的原理本文主要研究的靜止無功發(fā)生器是一種將直流電壓通過可控開關(guān)管變換為大小和頻率均可調(diào)的三相交流電壓的裝置，其結(jié)構(gòu)圖如圖2-1 所示(電壓

15、其主電路由三個(gè)橋臂構(gòu)成的橋式電路，每個(gè)橋臂上下兩組均由一個(gè)IGBT 管子與一個(gè)反并聯(lián)的二極管構(gòu)成。圖2.1 電壓型STATCOM結(jié)構(gòu)圖基于本文討論的是電壓型，一般是由幾個(gè)電平臺階合成階梯波以逼近正弦波，諧波少，因此不需要另加濾波電路。而基于電流型逆變器CSI的在諧波電流消除方面有很大困難，現(xiàn)有的半導(dǎo)體開關(guān)器件的開關(guān)頻率限制了電流脈寬調(diào)制波的頻率，導(dǎo)致一些低階諧波電流產(chǎn)生。因而，投入實(shí)用的大都采用電壓型橋式電路，本文中的專指采用自換相的電壓型橋式電路作動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。由于正常工作時(shí)就是通過電力半導(dǎo)體開關(guān)器件的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個(gè)電壓型逆變器，只不過其交

16、流側(cè)輸出接的不是無源負(fù)載，而是電網(wǎng)。當(dāng)僅考慮基波頻率時(shí)，可以等效為一個(gè)幅值和相位均可以控制的與電網(wǎng)電壓同頻率的交流電壓源。因此，在忽略其損耗時(shí)，的工作原理就可以用如圖2.2(a)所示的單相等效電路圖來表示。a)單相等效電路圖 b)電流超前 c)電流滯后圖2.2 STATCOM單相等效電路圖和工作相量圖（忽略損耗）圖2-2(a)中和，分別表示電網(wǎng)電壓和STATCOM輸出的交流電壓，而表示為電抗器上的電壓，同時(shí)也是和的向量差，根據(jù)基爾霍夫電壓定律可知。連接電抗器的電流就是從電網(wǎng)側(cè)吸收的電流，可以由其電壓來控制。因此，通過改變交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制

17、從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了吸收無功功率的性質(zhì)和大小。在圖2.2的等效電路中，將連接電抗器視為純電感，不考慮其損耗和變換器的損耗，因此不必從電網(wǎng)吸收能量。在這種情況下，只需使和同相位，僅改變的幅值大小即可控制從電網(wǎng)側(cè)吸收的電流的方向和大小。如圖2.2(b)所示，當(dāng)時(shí)，電流超前電壓，吸收容性的無功功率；如圖2.2(c)所示，當(dāng)時(shí)，電流滯后電壓，吸收感性的無功功率。當(dāng)考慮到連接電抗器的損耗和變流器自身的損耗(如線路損耗、開關(guān)損耗、管壓降等)，并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮，則其單相等效電路圖和工作相量圖如圖2-3所示:(a)單相等效電路圖 (b)電流超前 (c)電流滯后圖2.3

18、 STATCOM單相等效電路圖和工作相量圖（計(jì)及損耗） 交流系統(tǒng)連接處電壓與逆變器電壓不同相，存在一個(gè)角度差，連接電抗的電流的改變是可以由其電壓來控制的，這個(gè)電流就是STATCOM從電網(wǎng)吸收STATCOM交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對系統(tǒng)電壓的相位，就可以改變連接電抗上的電流，從而控制STATCOM從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值。也就控制了STATCOM輸出無功功率的大小和性質(zhì)。從工作向量圖中看出，電壓與電流仍相差90，而電網(wǎng)電壓與電流的相差比90小角，STATCOM能夠從交流系統(tǒng)吸收有功功率，補(bǔ)償內(nèi)部損耗，維持直流電容上的電壓。在動(dòng)態(tài)過程中，改變角使逆變器內(nèi)部電容器充電或放電，電容上的電壓發(fā)生變化

19、，逆變器輸出電壓幅值也發(fā)生變化。僅調(diào)節(jié)調(diào)制比m電容電壓不變，但是交流輸出電壓幅值也發(fā)生變化。這兩種方法都可以調(diào)節(jié)逆變器電壓。當(dāng)時(shí)，STATCOM處于超前狀態(tài)，發(fā)出無功功率，起可調(diào)電容器的作用;當(dāng) ，由、判定規(guī)則可知此時(shí)的=1、=0。為了使電流矢量逼近，由公式可知，需選擇，使沿著的方向逼近，即選擇(001)見表3.1。同理，按上述規(guī)則可以分析得到開關(guān)表中其他矢量的選擇規(guī)則。4 基于DPC直接功率控制的STATCOM系統(tǒng)仿真軟件仿真是對電力電子系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)的重要手段與方法。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)分析綜合與設(shè)計(jì)過程中，除了需要進(jìn)行理論分析外，還要對系統(tǒng)的特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以判斷實(shí)驗(yàn)設(shè)備性能指標(biāo)與參數(shù)是

20、否達(dá)到預(yù)期要求，并考察其經(jīng)濟(jì)性能。這些都要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中給出明確的結(jié)論。對于那些在實(shí)際調(diào)試過程中存在很大風(fēng)險(xiǎn)或?qū)嶒?yàn)費(fèi)用昂貴的實(shí)驗(yàn)裝置，一般不允許對設(shè)計(jì)好的裝置直接進(jìn)行試驗(yàn)，然而沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究是不能將設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)直接放到實(shí)際中去的，因此必須對其進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)研究。在有些情況下，可以構(gòu)造出一套物理模擬裝置來進(jìn)行試驗(yàn)，但這種方法非常費(fèi)時(shí)而且費(fèi)用又高，而在有些情況下物理模擬模型幾乎是不可能的。近年來，隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真的方法己被人們采納。這里的實(shí)驗(yàn)裝置仿真就是以實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)對系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。這種研究的特點(diǎn)是：將實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

21、用數(shù)學(xué)表達(dá)式加以描述，它通常是一組常微分方程或差分方程，然后利用計(jì)算機(jī)求解這一數(shù)學(xué)模型，以達(dá)到對系統(tǒng)進(jìn)行分析研究的目的。MATLAB是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級語言，它集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像處理等學(xué)科的功能于一體，由Mathworks公司于上世紀(jì)八十年代推出。經(jīng)過Mathworks公司的不斷完善，時(shí)至今日，MATLAB己經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、多工作平臺的功能強(qiáng)勁的大型軟件。MATLAB是一個(gè)高度集成的系統(tǒng)，分為兩部分:核心部分和各種可選的工具箱。核心部分有數(shù)百個(gè)內(nèi)部核心函數(shù)；工具箱又分為功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。MATLAB提供的Simulink是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)

22、進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，能夠在連續(xù)時(shí)間域、離散時(shí)間域或兩者混合的時(shí)間域里進(jìn)行建模。Simulik提供了進(jìn)行系統(tǒng)級仿真的各種模塊，包括基本模塊和一些擴(kuò)展模塊。更令人稱道的是，Simulink提供了一套強(qiáng)大的S-函數(shù)機(jī)制，擴(kuò)展了simulink的功能。S函數(shù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言描述，采用特殊的調(diào)用語法，使函數(shù)和Simuhnk方程解法器進(jìn)行交互，建立起由基本模塊難以搭接起來復(fù)雜的模型，使得用戶可以隨心所欲的建立起自己的仿真系統(tǒng)。在過去幾年里，simulink己經(jīng)成為教學(xué)和工業(yè)應(yīng)用中對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)使用的最為廣泛的軟件包。Simulink的內(nèi)嵌的庫模塊Power

23、 System Blockset(PSB)為工程技術(shù)人員對電力系統(tǒng)快捷的進(jìn)行建模和仿真，提供了一個(gè)現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具。PSB提供了對電力系統(tǒng)建模時(shí)需要的大部分模塊，如變壓器、導(dǎo)線、負(fù)載、電機(jī)以及電力電子元件網(wǎng)等。用戶通過簡單的點(diǎn)擊和拖拽操作，可以快速的建立起正確的電路拓?fù)洳⒛軐﹄娐纺Ｐ瓦M(jìn)行分析，節(jié)省用戶的時(shí)間與精力。另外，用戶可以建立起具有層次性、封裝性的仿真功能模塊，便于參數(shù)的修改，更便于日后的分析和維護(hù)?？偟膩碚f，使用Simulink可以很容易的建立起層次分明、結(jié)構(gòu)完整、分析準(zhǔn)確并極具指導(dǎo)性的仿真系統(tǒng)。前幾章中對系統(tǒng)無功檢測方法和補(bǔ)償電流控制策略進(jìn)行了系統(tǒng)分析，為驗(yàn)證上文中所提算法的正確性和可行

24、性，本章的任務(wù)就是使用MATLAB及其配套工具包，設(shè)計(jì)出一套靜止無功發(fā)生裝置的仿真模型，對已形成的檢測方法的正確性進(jìn)行檢驗(yàn)；根據(jù)仿真試驗(yàn)，確定實(shí)際無功補(bǔ)償裝置的一些關(guān)鍵參數(shù)，為實(shí)驗(yàn)研究提供支持。STATCOM系統(tǒng)是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合、復(fù)雜的控制系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)及制作前對系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究是非常必要的。仿真研究有以下作用：1.驗(yàn)證控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的正確性，加深對其控制規(guī)律的的認(rèn)識及理解;2.系統(tǒng)一些重要控制參數(shù)的仿真結(jié)果對實(shí)驗(yàn)裝置參數(shù)的選擇具有一定的參考作用;3.系統(tǒng)一些重要環(huán)節(jié)(如濾波器環(huán)節(jié))的參數(shù)設(shè)計(jì)需要用仿真來求取。為了使仿真系統(tǒng)能夠盡可能逼近實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行狀況，在建立系統(tǒng)仿真模型時(shí)，本

25、文的設(shè)計(jì)采用了MATLAB軟件自帶的元件庫進(jìn)行組合建模，分別采用了simulink仿真模塊、SymPowersystem工具箱STATCOM仿真模型，電路參數(shù)也盡可能根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)設(shè)置。由于實(shí)際試驗(yàn)系統(tǒng)采用全數(shù)字化控制，因此仿真模型也進(jìn)行了離散化處理，主要包括三部分:電源及負(fù)載模塊(source)、無功檢測模塊(ReactiveExtraetion)和PWM信號產(chǎn)生模塊(PWMGenerator)。首先是整個(gè)仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)全圖，如圖4-1所示。包括電源-負(fù)載模塊，無功檢測模塊和主電路(PWM信號產(chǎn)生及IGBT橋)模塊。圖4.1 仿真模型全圖(一)電源及負(fù)載模塊電源及負(fù)載模塊提供了系統(tǒng)工作所需要的

26、電源，構(gòu)造出仿真所用的電網(wǎng)環(huán)境。其中，選用SimPowersystem中Electrical Sources里的AC Voltage Source，安裝相位差為102度進(jìn)行設(shè)置，頻率為50Hz，電壓為310V，獲得對稱三相電源。負(fù)載所用仿真模型如圖4-2所示。所用負(fù)載是阻感負(fù)載，R=8，電感L=10ml。圖4.2 負(fù)載仿真模塊（二）無功檢測模塊在仿真模型中，該模塊完成無功功率的提取和指令信號的發(fā)生功能， 本仿真中設(shè)定無功功率參考值=0，有功功率參考值分為兩部分，是負(fù)載的有功功率，是STATCOM本身的有功功率，即，三相電壓Uabc是STATCOM交流側(cè)電壓，而三相電流是負(fù)載電流。圖4.3 無功

27、檢測模塊圖4.4三相電壓的變換圖4-4是三相電壓、Ub、Uc變換到坐標(biāo)系下的。其中為：圖4.5三相電流的變換圖4.5所示為三相電流Ia、Ib、Ic變換到坐標(biāo)系下的。其中同上。圖4.6無功有功參考值算法圖4.7有功無功參考值總圖圖4.6和圖4.7是有功和無功參考值的計(jì)算，具體過程在上面已經(jīng)簡單介紹了，在此就不累述。實(shí)際有功和無功功率的檢測原理和參考值的方法一樣，在此也不累述。（三）主電路（PWM信號產(chǎn)生及IGBT橋）模塊在這個(gè)模塊中，本文采用的是滯環(huán)控制。如圖4.8所示，Relay1和Relay2，其Switch on Point都設(shè)為100，Switch off Point都設(shè)為-100。滯環(huán)

28、控制的PWM信號產(chǎn)生模塊如圖4.8所示。其中的輸入信號分別為Sp、Sq和S，分別由這三組信號控制IGBT的通斷。圖4.8 PWM控制總圖圖4.9 補(bǔ)償前負(fù)載側(cè)三相電流圖4.10 投入STATCOM后的負(fù)載三相電流波形圖4.11 補(bǔ)償前A相電壓和電流波形圖4.12 補(bǔ)償后的A相電壓和電流波形圖4.13 STATCOM交流側(cè)三相電流圖4.14 STATCOM交流側(cè)三相電壓由圖可表明：交流側(cè)電壓調(diào)節(jié)很快且穩(wěn)定性很好。圖4.15 直流側(cè)電壓波形圖4.16 參考波形圖圖4.17 參考波形圖其中：P1*為負(fù)載本身消耗的有功； P2*為STATCOM本身消耗的有功。圖4.18 實(shí)際p波形圖圖4.19 實(shí)際q

29、的波形圖圖4.20 S的波形圖4.4 DPC系統(tǒng)性能分析VO-DPC沒有采用dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，系統(tǒng)的方程容易實(shí)現(xiàn)。估算的瞬時(shí)功率值不僅有基波分量、也有諧波分量，提高了總功率因數(shù)和效率。系統(tǒng)沒有電流環(huán)和復(fù)雜的算法，有功和無功功率得到了精確控制，其誤差由功率滯回比較器的滯寬決定。根據(jù)Sp、Sq及n在預(yù)存好的開關(guān)表中選取所需的開關(guān)信號，系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。由于無電壓傳感器，節(jié)省了安裝與檢修，提高了系統(tǒng)的可靠性。5 結(jié)論與展望STATCOM作為一種新型的無功調(diào)節(jié)裝置，已經(jīng)成為現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，它已成為國內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重點(diǎn)研究課題之一。STATCOM能夠平滑的發(fā)出感性或容性無功功率，是

30、提高功率因數(shù)、改善電能質(zhì)量有效手段。中國馬上要進(jìn)入大電網(wǎng)互聯(lián)的時(shí)代，研究并開發(fā)適用于高壓大容量的靜止同步無功補(bǔ)償器對系統(tǒng)穩(wěn)定和減少能耗等有很大應(yīng)用價(jià)值，除此之外還致謝本文工作是在導(dǎo)師張曉副教授教授的悉心指導(dǎo)和鼓勵(lì)與支持下完成的。在平時(shí)的學(xué)習(xí)中，張老師就給了我很大的指導(dǎo)、幫助，在此論文完稿之際，謹(jǐn)向恩師表示忠心的感謝和深深的敬意! 畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程讓我學(xué)到了很多平時(shí)學(xué)不到的東西，讓我受益終生，也為我的大學(xué)生活注入了生動(dòng)的一筆。感謝師兄李新宇、李德路，同學(xué)王穎、王朝，在論文過程中，都得到過他們的幫助，在此一并表示感謝。文中參照或引用了前輩和同行的研究成果，在此一并表示感謝!向所有關(guān)心、支持和幫助過我

31、的親人、朋友表示誠摯的感謝!最后，向培養(yǎng)了我四年的中國礦業(yè)大學(xué)致以最崇高的敬意，希望母校在百年華誕之際綻放光彩，在學(xué)術(shù)和人才培養(yǎng)上都取得新的輝煌！參考文獻(xiàn)1 王久和，李華德，王立明.電壓型PWM整流器直接功率控制系統(tǒng). 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2006 (9):第26卷第18期2 王久和，李華德，李正熙電壓型PWM整流器直接功率控制技術(shù)電工電能新技術(shù)，2004，23(3)：64-673 史偉偉，蔣全，胡敏強(qiáng)，等三相電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型和主電路設(shè)計(jì)東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002，26(1)：1-64 何致遠(yuǎn)，韋巍基于虛擬磁鏈的PWM整流器直接功率控制研究浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2004

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33、1月: 第19卷第1期.10 王久和，李華德，楊立永設(shè)置扇形邊界死區(qū)的電壓型PWM 整流器直接功率控制J北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27(3)：380-38411 王勉華. 三相PWM整流器研究. 電工技術(shù)學(xué)報(bào),1996, 11(4):2730.12 史偉偉，蔣全，胡敏強(qiáng)，等三相電壓型PWM 整流器的數(shù)學(xué)模型和主電路設(shè)計(jì)J東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002，26(1)：1-613張崇巍,張興. PWM整流器及其控制(PWM rectifiers and control) M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.14 15張純江，顧和榮，王寶成基于新型相位幅值控制的PWM 整流器數(shù)學(xué)模型.中國電

34、機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23(7)：28-3115王久和，李華德一種新的電壓型PWM 整流器直接功率控制策略中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，25(16)：47-5216王兆安，楊君，劉進(jìn)軍，王躍,諧波抑制和無功功率補(bǔ)償.機(jī)械工業(yè)出版社,2005,10.17Mariusz Malinowski,Student Member,IEEE,Marian P.Kazmierkowski,Fellow,IEEE,Steffan Hansen,Member,IEEE, Frede Blaabjerg,Senior Member,IEEE,and G.D.Marques,Member,IEEE. Virtual-Flux-Based Direct Power Control of Three-Phase PWM Rectifiers. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS,VOL.37,NO.4,JULY/AUGUST 200118 J.L.Duarte,A.Van Zwam,C.Wijnands,and A.Vandenput,“Reference frames fit for controlling PWM rectifiers,”IE