1、基于STATCOM 的建模與仿真    摘 要：在三相三線制電壓型STATCOM 拓撲結構的基礎上，利用MATLAB 中的動態仿真工具SIMULINK 建立了STATCOM 的仿真模型，結合滯環控制方法，用S-Function 仿真分析了負載分別為容性、感性和負載突變時STATCOM 的補償效果，仿真結果表明該控制策略具有良好的無功補償性能和動態響應能力。關鍵詞：靜止同步補償器；無功補償；滯環控制；仿真1.引    言近十多年來，世界范圍內有關STATCOM 的研究和應用有了長足的進步和發展，縱觀近年來建設的這些項

2、目和投運裝置，具有如下的發展趨勢：STATCOM 的主電路由早期的以多重化的方波變流器為主要形式，發展為以PWM 變流器為主要形式。多重化技術大都與多電平PWM 變流器相結合，以減少耦合變壓器的使用，例如H 橋級聯型多電平變流器；不斷采用新器件。隨著電力電子器件的不斷發展，新的電力電子器件開始投入到STATCOM中。與原來STATCOM 普遍使用的GTO 相比，新型功率器件(如IGBT、IEGT 等)具有很多的優點：飽和壓降低、安全工作區寬、驅動功率低和工作頻率高等；應用范圍更廣。除了繼續向高壓大容量方向發展，另一方面向中低壓配電網的應用發展，旨在提高用戶側的電能質量；隨著科技的進步，尤其是高

3、溫超導技術突破性的發展并進入實用化，超導技術將解決電流型逆變器(Current Source Inverter,CSI)中儲能電感儲能效率問題。同時，電力超導儲能系統中儲能線圈具有電流源特性，因而CSI 將具有更加廣泛的應用前景。本文利用 MATLAB 仿真軟件建立仿真模型，并分別對STATCOM 在以下幾種工況下進行仿真：（1）負載為感性負載時使用滯環控制策略對其進行仿真；（2）當負載為容性時對其進行仿真；（3）當負載突變時對其進行仿真，檢驗其動態響應能力。2. STATCOM 模型建立2.1 基本原理STATCOM 的基本電路結構應該分為兩種情況:即電壓型橋式電路結構和電流型橋式電路結構。

4、在實際運行中，STATCOM 往往專指采用自換相的電壓型橋式電路作為動態無功補償的裝置。STATCOM 的工作狀況是建立在一個靜止的同步電壓源基礎之上。其工作原理就是將自換相橋式電路經電抗串聯與電網相連，根據輸入系統的無功功率和有功功率的指令，調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流就可以使該電路吸收或者發出滿足系統所要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。為了更有效的控制功率，使無功電流具有更好的響應特性，需要運用park 變換，將三坐標量變為兩坐標量。直流側電路方程可根據直流側和交流側功率平衡來得出，結合直流側和交流側的電路方程，可得出基于瞬時電量的STATCOM

5、數學模型。為了更精確仿真大容量STATCOM 裝置，更有效地進行其動態行為和控制系統設計的分析，建立了用這種控制策略進行仿真考慮STATCOM 裝置開關器件本身的精確非線性數學模型。2.2 STATCOM 仿真模型的建立為了使仿真系統能夠盡可能逼近實際系統參數和運行狀況，在建立系統仿真模型時，本論文的設計采用了MATLAB 軟件自帶的元件庫進行組合建模，分別采用了Simulink 仿真模塊、SimPowerSystem 工具箱建立STATCOM 仿真模型，電路參數也盡可能根據實際系統設置。由于實際試驗系統采用全數字化控制，因此仿真模型也進行了離散化處理，主要包括三部分：電源及負載模塊、無功檢測

6、模塊和主電路控制模塊。首先是整個仿真系統的系統全圖。包括電源-負載模塊，無功檢測模塊和主電路 (PWM 信號產生及IGBT 橋)模塊。3 仿真分析為了對 STATCOM 對系統進行補償的有效性進行驗證，本論文將對STATCOM 做以下幾種情況的仿真：（1）負載為感性負載時使用滯環控制策略對其進行仿真；（2）當負載為容性時應用這種控制策略進行仿真；（3）當負載突變時，用這種控制策略進行仿真，檢驗其動態響應能力。3.1 補償感性無功時滯環控制策略的仿真此仿真環境下，系統接入電阻R=5 ，L=25mH 的感性負載。在系統未接入STATCOM 的時候，電源側的電壓和電流波形，可知A相電流滯后于A 相電

7、壓。系統加入 STATCOM 后,在滯環控制下,電源電壓和電流,補償電流的波形。補償前后，電流的波形有了很大的改善，尤其在電流與電壓的相位差上，補償后A 相電流和電壓的相位差基本相同。在對比中，無功補償的效果更為明顯。補償前，在穩態情況下，系統的無功功率大約為2510Var，而在補償后，無功功率接近于零。這些結果都說明了該種控制策略可以較好的達到補償感性無功的目的。3.2 補償容性無功時滯環控制策略的仿真結果此仿真環境下，系統接入電阻R=5 ，C=0.5mF 的容性負載。在系統未接入STATCOM 的時候，電源側的電壓和電流波形，可知A相電流超前于A 相電壓。對比可以看出，補償前后，電流的波形

8、有了很大的改善，在電流與電壓的相位差上，補償后A 相電流和電壓的相位差基本相同。在對比中，無功補償的效果很明顯。補償前，在穩態情況下，系統的無功功率大約為-2680Var，而在補償后，無功功率接近于零。這些結果都說明了滯環控制可以較好的達到補償容性無功的目的。3.3 負載突變情況下滯環控制策略的動態響應在此仿真情況，負載由R=5 ，L=25mH 突變為R=5 ，C=0.5mF，在滯環控制策略下的動態系統響應能力。直觀的反應了補償前負載由感性突變為容性時系統側A 相電壓和電流的相位變化情況。在t=0.125 秒前，負載為感性負載，電流滯后于電壓；在t=0.125 秒后，負載由感性負載變化為容性負載，電流超前于電壓。可以得出在滯環控制下t=0.125 秒之前補償后的電流和電壓相位基本相同，補償后系統的無功功率接近零，系統的功率因數接近1；t=0.125 秒后，系統負載由感性變化為容性，系統經過兩個周期左右，電源電壓和電流相位基本相同，在t=0.19 秒后，系統的無功功率進入穩態，重新接近零，系統的功率因數也進入穩態，接近1。4.結    論本章使用 MATLAB/Simulink 仿真軟件對STATCOM 系統進行建模，分析了負載分別為容性、感性和