本科生畢業設計學院：應用技術學院專業：電氣工程及其自動化中國礦業大學畢業設計任務書學院應用技術學院專業年級電氣05-1班學生姓名畢業設計日期：2009年2月25日至2009年6月20日畢業設計專題題目：低功率因數和諧波污染是供電系統普遍存在的問題，已成為領域迫切需要解決的重要課題之一。StaticSynchronousCompensator,STATCOM)可以有效地避免SVC裝置的缺點，具有廣闊的應用前景。本課題具體任務如下：的仿真模型，并進行仿真分析。中國礦業大學畢業設計指導教師評閱書指導教師評語(①基礎理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內容的理論依據和技術方法；④取得的主要成果及創新點；⑤工作態度評閱教師評語(①選題的意義；②基礎理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學知識解決實際問題的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及創新點；⑤寫作的規范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等):評閱教師評語(①選題的意義：②基礎理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學知識解決實際問題的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及創新點；⑤寫作的規范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等):中國礦業大學畢業設計答辯及綜合成績正確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答電能質量的問題，尤其是無功功率和諧波的問題，嚴重威脅著電網的安全連續、諧波電流小、損耗低、所用電抗器和電容器容量及安裝面積大為降低等環境下進行了仿真分析，得出仿真后的波形。仿真結果表明STATCOM能夠對負荷進行快速地無功補償，證實本模型算法的合理性、正確性，Theproblemofelectricenergyqualitymenacesseriouslythesafeoperationofpowernetwork,especiallyreactivepowerandharmonics.Thestaticsynchronous,existingstaticidlecontinuouslylow,usesthereactorandthecapacityofcondenseranddomesticandforeignscientificreseofdevelopment,theidleworkprexaminationmethod,choosestheappropriatecontrolpoliccarriedonthesimulationanalysisundertheEMTDC/PSCADafterobtainingthecompensation,confirmedthatthismodelalgorithm's1緒論11.2論文研究背景和研究的意義11.3無功功率31.4無功補償的意義31.5主要無功補償裝置及其工作原理5同步調相機Synchronous靜止型無功補償裝置StaticVarCompensator-1.7本文研究的主要內容!l3.1無功功率檢測方法19d-q矢量變換理論20三相對稱系統的瞬時無功功率22直接電流控制24間接電流控制24電流間接與直接控制的特點25仿真的主接線圖29仿真的主控制電路圖30仿真的調制電路圖30各仿真的波形圖325.1結論335.2展望34參考文獻35英文原文37中文譯文44致謝51北、華中、東北、西北、南方六大區域網和山東、福建兩個省網。隨著以三峽水電站為代表的一批新興發電工程的開發，以及超高壓、大容量、遠距離輸電技術的發展，全國各大電網互聯，直至出現全國性的大聯網已成為必然的趨隨著電力工業的發展，電力電子裝置的應用日益廣泛，電網中的諧波污染也日趨嚴重。另外，大多數的電力電子裝置功率因數很低，也給電網帶來了額外負擔，并且影響著供電質量。因此，如何抑制諧波和對無功功率進行補償已經成為電力電子技術、電氣自動化技術以及電力系統研究領域所面臨的一個重1.2論文研究背景和研究的意義但其傳輸不僅會產生很大的有功損耗，而且沿著傳輸途徑還會產生很大的電壓降落，并且使電網的視在功率增大，從而對系統產生一系列不良影響，主要可1電網總電流增加，使電力系統中的元件如變壓器等的容量增大，從加了投資費用，在傳送同樣有功功率的情況下，增加了設備和線路的損耗。2電網無功容量不足，會造成負荷端供電電壓低，影響正常生產、生活用3降低了電網的功率因數，造成大量電能損耗。當功率，電能損耗提高了將近一半。為了輸送有功功率，需要送電端和受電端有一相位差，這可以在相當寬的范圍內實現，而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內實現。不僅大多數網絡元件消耗無功功率，大多數負載也需要消耗無功。這些無功功率必須從網絡的某個地方獲得。顯然，如果都要由發電機提供并經過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法是在需要無2穩定受電端及電網的電壓，提高供電質量。在長距離輸電線路合適的地3在電氣化鐵道等三相負載不平衡的場合，通過適當的無功補償可平衡三FlexibleACTransmissionSystem的英文縮寫，也可翻譯為靈活交流輸電技術，是指裝有電力電子型或其他靜止型控制器以加強可控性和增大電力傳輸能力的交流輸電系統，是美國著名電orani博士于1986年提出的。FACTS技術是利用現代大功率電力電子技術改造傳統交流電力系統的一項重大改革，被認為是21世紀初可以實施的技術改革措施，已成為當今先進國家電力界研究的熱點。先進的控制中心和綜合自動化技術之一”,或是“現代電力系統中的三項具有變革性影響的前沿性課題柔性輸電技術、智能控制、基于全球衛星定位系統的系列技術，它對交流電的無功電壓、電抗和相角可以1.3無功功率它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率。因此在供用電系統中除了需要有功電源就要保持無功平衡，無功功率對供電系統和負載的運行都是非常重要的，電力系統網路元件的阻抗主要是電感性的，因此，為了輸送有功功率，就要求送電則要求兩端電壓有一差值，這只能在很窄的范圍內實現，不僅大多數網絡中某個地方活得，顯然，這些無功功率如果都要有發電機提供并經過長距離傳送是不合理的，會加大網絡損耗，通常也是不可能的，合理的方法是在需要消耗無功功率的地方產生無功功率，實現就地平衡補償；所以就要對電力系統進行無消耗無功功率的主要設備：有異步電動機、感應電爐、交流電焊機、變壓器。在工礦企業所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60%～70%;而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%,改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗的無功功率一般為其額定容量的10%～15%,它的空載無功功率約為滿載時的1/3。為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應1.4無功補償的意義隨著我國國民經濟及科技水平的快速發展，各行各業對電能質量的要求也越來越高，特別是隨著各種電子裝置和精密設備的廣泛應用，使得用戶希望供電企業能夠提供高效優質的電能。而在電力系統中，異步電動機、變壓器以及電弧爐等裝置要消耗大量的無功功率。這些無功功率如果不能及時地得到補償的話，會對電網的安全、穩定以及經濟運行產生不利影響，主要體現在以下幾1.引起線路電壓損耗增大下圖為局部電力網的等值電路圖：圖1-1局部電力網等值電路其中R、X分別為線路的等值電阻和等值電抗；、分別為局部電力網末端的有功負荷和無功負荷；為末端電壓。可以證明，該局部電力網的電壓損耗U的計算公式如下：其中為該電力網絡的額定電壓。由式(2-1)可知，由負荷的無功功率引起而由負荷的有功功率引起的電壓損耗為：因為在一般的公用電網中，R比X要小的多，所以電網電壓的波動主要是由無功功率的波動引起的，而有功功率的波動對電網電壓的影響則相對較小。圖1-2綜合負荷的電壓靜態特性圖1-2為綜合負荷的靜態特性圖，從圖中可以看到，在額定電壓附近，電壓與無功功率的關系比電壓與有功功率的關系要密切的多。當無功負荷由增加到時，如果系統的無功儲備充足，則負荷將保持正常電壓水平。如果無功儲備不足，系統的無功電源不能提供相應的無功負荷增量，則電壓特性曲線上移到圖中的虛線，此時系統電壓被迫由降為，以此來達到新的無功功率平衡。如果長時間在低壓狀態下運行，不僅影響工業生產的產品質量，而且會損壞機械設備，造成安全隱患。甚至還有一些更為惡劣的狀況：諸如異步電動機在啟動期間功率因數很低，這種沖擊性無功功率會使電網電壓劇烈波動，甚至使接在同一電網上的用戶無法正常工作。還有電弧爐、軋鋼機等大型設備會產生頻繁的無功功率沖擊，嚴重影響電網的供電質量。因此，擁有充足的無功電源，動態快耗就會增加，這是顯而易見的。在圖1-1,該局部電力網的線損功率為：由式1-6可知，系統中的無功負荷越大，所引起的線路損耗就會越大。在我國，電力網的線損率是表征供用電企業經濟效益和技術管理水平的綜合性技及時補償系統無功負荷、提高系統功率因數，不僅3.增加設備容量無功功率的增加，會導致電流增大和視在功率變壓器及其他電氣設備容量和導線容量的增加。同時，電力用戶的啟動及控制設備、測量儀表的尺寸和規格也要加大。這不僅會大大增加供電企業的運行成本，而且會增加用電企業的生產成本，使得電網的經濟運行大打折扣。在電力網中，不僅包括一些穩定的無功負荷，還有一些沖擊性的無功負荷，只有對這些無功負荷進行動態補償，才能防止供電質量的進一步惡化，同時，對于節約能源，保障電網安全運行也具有重要意義。1.5主要無功補償裝置及其工作原理并聯電容器利用并聯電容器是補償無功功率的傳統方法之一。在電力系統常用的無功補償設備中，并聯電容器的單位容量費用最低，有功損耗最小，運行維護最簡便，而目可以分散安裝，實現無功就地補償，獲得最好的技術經濟效果，此外改變容量也方便，還可以根據主要分散拆遷到其他地點。因此以并聯電容器作為無功補償方式目前在國內外均得到廣泛的應用。下圖為電力網中利用并聯電容器進行無功補償的等效電路圖及相量圖：a)電路圖b)相量圖圖1-3并聯電容器補償無功功率的電路和相量圖由圖1-3可以看出，當并聯電容器未投入使用時，電力網中的感性無功電流都由系統電源承擔，使得系統功率因數較低；并聯電容器投入后，向系統供應感性無功功率，分擔了系統的絕大部分無功負荷，使得功率因數大大提高。但是在補償過程中，如果電容的容量過大，就會使補償后的電流相位超前于電壓，出現過補償，這會引起變壓器一次電壓的升高，而且容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會增加電能損耗，使溫升增大，影響電容器的壽命，因此，在利用由于電容器只能向系統供應感性無功功率，而且它所供應的感性無功功率容器的無功輸出反而減小，這會導致電網電壓的進一步下降，從而威脅到整個因此在補償過程中不能跟蹤負荷需求的變化，也就是說不能實現對無功功率的動態補償。而隨著電力系統的發展，對無功功率進行快速動態補償的需求越來越大。則從系統吸收感性無功功率，成為無功負荷，降低系統電壓。只要改變調相機的勵磁，就可以平滑地改變其輸出無功功率的大小及方向，因而可以平滑地調護復雜，而目相應速度慢，在很多情況下己無法適應快所以70年代以來，同步調相機開始逐漸被靜止型無功補償裝置所取代。靜止型無功補償裝置StaticVarC靜止型無功補償器是屬于“柔性交流輸電系統”FlexibleACTransmissionSystem-ACTS范疇的無功功率電源，它有各種不同的形式，日前常用的有飽和電抗器型SR型、晶閘管控制電抗器型TCR型、晶閘管開關電容器型TSC型二種。1967年，英國GEC公司制成了世界上第一批飽和電此后，各國廠家紛紛推出各自的產品。圖1-4a是其等效電路圖，由SR和若干組不可控電容器組成。與電容C串聯的電感與其構成串聯諧振回路，兼作高次諧波的濾波器。而與飽和電抗器串聯的電容則用以校正飽和電抗器伏安特性的斜率。圖1-4b是其伏安特性圖，當SR單獨作用時，補償器的基波電流如圖中點劃線所示，其斜率因取值的不同而變化。當電容器單獨作用時，補償器的電流如圖中虛線所示，即隨其端電壓的增大而增大。而補償器的整體伏安特性則如圖中實線所示。可以看出，當系統電壓高于參考電壓時，補償器產生感性無功電流，降低系統電壓，;而當系統電壓低于參考電壓時，補償器則產生容a)等效電路圖b)伏安特性圖圖1-4SR型靜止無功補償器等效電路與伏安特性圖但是由于其鐵心需磁化到飽和狀態，因而損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調節以補償負荷的不平衡，所以未能占據靜進入70年代后，隨著電力電子技術的發展及其在電力系統中的應用，使用晶閘管的靜止無功補償裝置受到越來越多的關注并逐漸占據無功功率補償的主導地位。1977年美國GE公司首次在實際電力系統中演示運行了其使用晶閘管的靜止無功補償裝置。1978年，在美國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功補償裝置投入實際運行。我們日前所說的靜止控制電抗器ThyristorControlledReactor-TCR和晶閘管投切電容器TCR型補償器由TCR和若干組不可控電容器組成。如圖2-5所示，與電容C串聯的電感與其構成串聯諧振回路，兼作高次諧波的濾波器，濾去由TCR產生的5,7,11…等次諧波電流。TCR由兩個反并聯的晶閘管與一個電抗器相串聯，其工作原理就是通過控制晶閘管的觸發延遲角，增大或減小補償器的等效示，其值取決于晶閘管的觸發角，而后者又取決于設定的控制規律和系統的運行狀況等。當僅有電容器作用時，補償器的電流如圖中虛線所示，即隨其端電壓的增大而增大。當TCR與電容器同時投入時，補償器的電流如圖中實線所示。a)等效電路圖b)伏安特性圖TSC型補償器的工作原理比較簡單，其等效電路圖如圖2-6個反并聯晶閘管將電容器并入電網或從電網中斷開，其實只是以晶閘管開關取a)等效電路圖b)伏安特性圖圖1-6TSC型靜止無功補償器等效電路與伏安特性圖可以根據電網的無功需求投切這些電容器，TSC實級數越多越好，這樣可以盡可能的實現平滑調節，但是也雜性以及經濟性的問題。另外，電容器的投切時刻必須是先充電電壓相等的時刻，否則將會產生沖擊電流，很可能會破壞晶閘管或給電采用電力電子半導體變流器實現無功補償的思想早在20世紀80年代初就已提出，1980年日本研制出第一臺士20MvarSTATCOM,1987年，美國行了現場實驗。1991年和1994年日本和美國分別研制成功了一套80MVA和力部重點科研攻關項目。1999年3月，由清華大學和河南省電力局合作共同研制的20MvarSTATCOM在河南朝陽變電站并網成功，使我國成為世界上繼日本、美國、德國之后第四個擁有該項技術的國家。2001年2月國家電力公司電力自動化研究院也將500KvarSTATCOM投入了運行。目前清華大學與上海電力公司合西安交通大學等院校與科研機構也在進行STATCOM的相關研究。但國內對STATCOM的研究和應用還處于剛剛起步階段，具有十分廣闊的發展空間與工程應用前景。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目和投運裝置，具有如下的發展趨勢：由于開關元器件如IGBT,IGCT的單管容量限制，必須采用多重化連接或其他方式來增大裝置容量和提高裝置的耐壓水平，為此需要對更大容量STATCOM的主電路進行深入研究。2STATCOM在異常狀態下的行為及新的保護和監測系統的研究。由于STATCOM的最終目的是用于改善系統的情況下仍安全、可靠地運行，并且提供所需的無功支持。但是當系統電壓幅值、相位發生很大的突變或系統電壓存在較大的不平衡度時，STATCOM又可能出現過電流。目前采用的措施是當系統異常導致裝置發生過電流時，立即封鎖脈沖以保證裝置的安全，等系統電壓變化趨于緩和時再重新投入運行，因此為了加裝置以及其他裝置除了要維持自身的安全和穩定，還必須盡可能多地為全系統的安全和動態性能的改善做出貢獻，至少不惡化全系統的安全和動態性能，這非線性控制、神經網絡控制和魯棒控制等。由丁PI控制的參數很難整定，所以也很難滿足裝置的實時性。而基于微分幾何的非線性控制雖然取得了較以前更好的效果，但它需要復雜的坐標變換，對數學基礎要求較高，不利于工程中的廣泛應用。基于專家系統設計具有學習功能的控制器，在多目標問題上也取得了重大的突破，但也存在某一運行點控制效果無法超越訓練器，難以進行在線1.7本文研究的主要內容2無功功率的產生和危害無功功率是為了建立交變磁場和感應磁通。主要危害有：引起線路電壓損本論文采用了瞬時無功功率理論的檢測方法，控制策略采用了間接電流控到電力電子器件成本有大幅度降低的趨勢，使用小參數的電容和電抗也將降低裝置的成本。正是因為STATCOM具有如此優越的性能，所以它代表著動態無功STATCOM的基本工作原理是將電壓型逆變橋電路直接或者通過電抗與公用電網連接起來，然后通過調節逆變橋交流側輸出電壓的相位和幅值，或通過直接控制交流側電流，使逆變橋電路吸收或者發出需要的無功電流，達到動態無a采用電壓型橋式電路b采用電流型橋式電路型逆變器等兩種類型。其電路基本結構如圖2-1所示。對于電壓型橋式電路，其直流側以電容作為儲能元件，將直流電壓逆變為交流電壓，通過串聯電抗并入電網，其中串聯電抗起到阻尼過電流、濾除紋波我們知道，在平衡的三相系統中，三相瞬時功率的和是一定的，在任何時刻都等于三相總的有功功率。因此總的看來，在三相系統的電源和負載之間沒流電路的直流側可以不設無功儲能元件。但實際上由于諧波的存在，使得總體的正常工作，其直流側仍需一定大小的電容或電感作為儲能元件，但所需儲能元件的容量遠比STATCOM所能提供的無功容量要小。而對傳統的SVC裝置，其在實際運行中，由于電流型橋式電路效率比較低，而且發生短路故障時危過適當調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側電流，從而吸收或發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。的工作原理可以用如圖2-2所示的單相等效電路來說明。由于STATCOM正常工作時就是通過電力半導體開關的通斷將直流側電壓轉換成交流側與電網同頻率的輸出電壓，類似于一個電壓型逆變器，只不過其交流側輸出接的不是無源負載，而是電網。單相等效電路b電流超前c電流滯后圖2-2STATCOM等效電路及工作原理不考慮損耗均可以控制的一個與電網同頻率的交流電壓源，通過交流電抗器接到電網上。電網電壓和STATCOM輸出的交流電壓分別用相量和，表示，則連接電抗X上的電壓即為、和的相量差，而連接電抗的電流是由其電壓來控制的。這個電流就及其相對于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制STATCOM從電網吸收電流的相位和幅值，也就控制了STATCOM吸收無功功率的性質和大小。在圖2-2的等效電路中，將連接電抗器視為純電感，沒有考慮其損耗以及變流器的損耗，因此不必從電網吸收有功能量。在這種情況下，只需要使和同相，僅改變的幅值大小即可控制STATCOM從電網吸收的電流I是超前還是滯后，并且能控制該電流的大小。如圖2-3所示，當大于時，電流超前電壓，STATCOM吸收感性的無功功率。考慮到連接電抗器的損耗和變流器本身的損耗如管壓降、線路電感,并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮，則STATCOM的實際等效電路和電流分別超前、滯后工作的相量圖如圖2-3所示。a單相等效電路圖2-3STATCOM等效電路及工作原理考慮損耗這種情況下，變流器電壓與電流1仍相差。因為變流器無需有功能量。而電網電壓與電流I的相差不再是，而是比小了角，因此電網提供了有功功率來補充電路中的損耗，也就是說相對于電網電壓來講，電流I中有一定量的有功分量。這個角也就是變流器電壓與電網電壓的相位差。改變這個相位，并且改的無功功率也就因此得到調節。在圖2-3中，將變流器本身的損耗也歸算到了交流側，并歸入連接電抗器電阻中統一考慮。實際上，這部分損耗發生在變流器內部，應該由變流器從交流側吸收一定的有功能量來補充。因此，實際上變流器交流側電壓與電流I的相位差并不是嚴格的。而是比略小一些。圖中，是和之間的相位差，以滯后為正。為等效電抗器的阻抗角，為等效阻抗器的兩端電壓。STATCOM工作于感性工況，此時電流功功率的大小。由圖中還可以看出，因為變流器無需有功能量，所以不管是容性工況還是感性工況，都與I保持垂直。由于電網需要提供有功功率來補充通過改變控制系統的參數電網電壓的參考值可以使伏安特性上下移動。提供的最大無功電流和維持不變，其值僅受電力半導體而對于傳統的SVC,由于其所能提供的最大電流分別受其并聯電抗器和并聯電電力系統是一個由發電機、變壓器、輸配電線路和用電設備等很多單元組成的復雜系統，整個系統中所有元件的動態特性和系統的結構、參數、運行工而要設計出優越的控制器也是很難的。對于一個物理對象的建模方法大致可以模型，而對裝置中某個開關器件某時刻的電流，并不是很關心，只要保證該電流不超過開關器件允許的電流，不會導致裝置異常或故障就可以了。為此我們STATCOM裝置用十電力系統無功補償控制已經足夠精確了。通電阻用等效電阻表示，如圖中R,變壓器漏電感及線路電感用等效電感表示，如圖中L;將(2-2)和(2-3)代入得：代入(2-6)化簡可得：的電流和直流電壓的初始值，通過解微分方程即可求出各個變量隨時間變化的規律。但上述數學模型為時變系數的微分方程，理論分析比較困難，為此我們利用電力系統中常用的經典派克變換也稱dq0變換，為線性變換矩陣,將時3.1無功功率檢測方法補償裝置對系統無功功率的補償效果很大程度上依賴于對系統電路瞬時值的檢測，諧波及無功電流實時檢測的快速性、準確性及靈活性直接關系影響到其跟蹤補償特性。因此，實時精確的檢測方法對無功補償的研究十分重要。目(1)基于Fryze時域分析的有功電流分離法：該方法有較大時延，實時性(2)基于頻域分析的FFT分解法：該方法不僅有較大時延，實時性較差，(3)基于Akagi的瞬時無功功率檢測法：該方法實時性較好，但由于乘法(4)同步檢測法：臺灣學者ChenCL提出的同步檢測法有等功率PSD,等(5)基于廣義瞬時無功功率檢測法：該方法可以在電網電壓不對稱或畸變的情況下，仍能精確地分離出基波正序瞬時無功電流和不對稱及高次諧波瞬時無功功率電流，并對它們進行有選擇性的補償或完全補償。基于廣義瞬時無功功率檢測法以其快速精確的優點成為目前研究的熱點，亦成為補償裝置的首選傳統理論中的有功功率、無功功率、有功電流、無功電流都是在平均值或相量的意義上定義的，它們只適用于電壓、電流均為正弦波時的情況。而瞬時也適用于非正弦和任何過渡過程的情況。瞬時無功功率理論，即“d-q”理論，是80年代由日本學者赤木泰文提出來的，它使得電力有源濾波器的研究走出了實驗室，在工業中得到了應用。但是，它只適用于三相到了發展、完善。在90年代，西安交通大學王兆安教授等提出了“d-q”理論，該理論所提的檢測方法解決了三相電壓非正弦、非對稱波和基波負序電流的準確測量，該方法也能準確檢測三相電壓非正弦情況下三采用d-q矢量變換理論可以在旋轉坐標系中觀察裝置的暫態過程。同時在不平衡系統中，通過該變換可以獲得基波正序有功及無功分量、基波負序分量以及諧波分量。從電機工程的觀點來看，d-q矢量屬于同步電機定子abc三相繞組由平衡的三相正弦子坐標系，abc三相正序有功電流相當于d軸繞組的直流分量，即在同步電機轉子上看，定子三相繞組通以平衡的三相正弦交流，相當于轉子d軸繞組通以可用三相/二相變換將abc三相交流量變換到正交的aβ坐標上，如圖3-1a所示。從三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系可以通過式3-3,3-4實現。b.a-β轉換到兩相d-q旋轉坐標在靜止坐標系的基礎上引入旋轉坐標系，如圖3-1b所示。d軸與瞬時電壓向量V的方向重合，并以角頻率w同步旋轉，q軸落后于d軸電流矢量i可圖(3-1)(a)abc-aβ(b)aβ-abcsinwt、coswt一般都是由Va經鎖相環產生負荷為線性阻抗時即無諧波時其中：為負荷電流初相位角應用d-q矢量變換理論得到三相瞬時有功電流和無功電流：和是直流分量，分別為有功分量和無功分量。2負荷為非線性阻抗時應用d-q矢量變換理論：、的計算結果分解成：、分別是、的平均值或直流分量，是基波有功分量和基波無功分量。、分別為、的交流分量，是諧波量。開環控制、閉環控制或者兩者結合的復合控制.按照控制技術來分，主要包括P控制、PI控制、逆系統PI控制、微分幾何控制、非線性魯棒控制、模糊控制、遞歸神經網絡自適應控制等等.根據控制物理量，由無功電流參考值調節流控制兩大類.直接電流控制行反饋控制，直接指令電流的發生。圖3.2給出了引入d-q分解法的電流直接控制方法。這種控制方法中，以瞬時電流無功分量的參考值為主，或者瞬時電流無功分量的參考值由滯后電源電壓90°的正弦波與無功電流參考值相乘，波比較方式，也可采用滯環比較方式。由于直接電流控制法是對電流瞬時值的跟蹤控制，要求主電路中電力半導體開關器件有較高的開關頻率，對于大功率圖3.2采用dq變換的直接電流控制原理框圖間接電流控制的降低，輸出的電壓會產生大量的諧波并降低直流電壓的利用率，為了減少諧圖3.3采用dq變換的間接電流控制原理框圖相比，控制精度高，系統具有快速的瞬態響應。由于瞬時反饋的引入，控制系統對直流側電壓和交流側電網電壓波動迅速作出反應，保持輸出電流跟隨參考3直接控制可抑制負序引起的不良影響。電網負序電壓存在時，因為無功直接控制對相位的檢測精度要求不高，這點與間接控制不同，這一優點給控制4直接控制對電力半導體器件開關頻率要求高，它適用于較小容量控的電流源，但直接控制法由于是對電流瞬時值的跟蹤控制，因而要求主電路7在工程實際應用中，電流直接控制方法中的脈寬調制信號的產生方法用的最多的是滯環控制法和三角波比較法，而三角波比較法更多的用于連續時域法適合用于三相對稱正弦系統，否則由于計算量大和需要增加濾波環節來檢測電力系統分析，使電力系統復雜部分可視化成為可能，而且軟件可以作為實時Windows95,98,NT;Fortran編輯器；瀏覽器和T斷路器操作、故障及雷擊時出現的過電壓可對包含復雜非線性元件(如直流輸電設備)的大型電力系統進行全三相的精確模擬，其輸入、輸出界面非常直觀、方便進行電力系統時域或頻域計算仿真電力系統諧波分析及電力電子領域的仿系統當用戶涉及PSCAD時所遇到的第一個軟件模塊就是文件管理系統。采用一種工程/算題/文件的分層結構來表示用戶進行電力系統模擬研究的數據庫結構。數據庫。從文件管理軟件模塊可以直接進行諸如備份、儲存、文件編緝、拷貝和刪除等操作。通過選擇文件管理模塊屏幕右上角的適當菜單可調用PSCAD能暫時隱藏在正在處理的模塊圖像之下。建模DRAFT模塊的方法建立需要進行模擬研究的電力系統模型。通過選擇不同的功能，建模包色板中建模窗口的右側并可移至畫布上左側,通過將各元部件模型互連便完成了電力系統模型。不同元部件模型所需的參數可在調用這些模型時屏幕上出現的菜單中直接輸入。具有大量互聯元部件的電力系統模型同樣易于處理，因為畫布部分可分為很多層次并可在屏幕上滾動顯示。當用戶完成了模型構筑時，可以通過基于PS格式的激光打印機或者可以接受HP-GL命令的繪圖儀輸出硬拷貝。?確定架空輸電線和電纜的行波模型所需數據的計算過程是相當復雜的。為了確定變換矩陣、模式傳輸時間和波阻抗，需要進行特征值分析。為了完成這模型或者完全的頻率相關行波模型。架空線模型所需要的數據有導線的空間相可以對數據進行標尺整定和通用格式整定。對于繪圖用的數據可直接進行傅里曲線繪圖模塊可以將單曲線繪圖模塊繪出的曲線整理成適合報告應用。可將多根曲線組合安排在單張紙上。使用者可以直接處理曲線并在紙面上添加需要的利用運行模塊進行EMTDC模擬計算通過單曲線繪圖對模擬結果進行分析并利用多曲線繪圖模塊產生可直接用于研究報告的模擬結果圖形主電路系統電源為115kv的高壓電源，負載側模擬三相接地短路故障，故障發生在1.5s,持續時間為0.75s。逆變器通過連接變壓器接至交流電網。逆變器部分采用IGBT,絕緣柵雙極型功率管是由BJT雙極型三極管和MOS絕緣柵型場效應管組成的復合全控型電壓驅動式電力電和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。電壓型逆變器的直流電源經過大電容的濾波，故直流電源可以近似看作恒壓源主控制回路的內部電路結構圖無功給定值(標幺值)與系統電壓(標幺值)、系統無功(標幺值)作比較，經過超前滯后環節及PI調節器，產生STATCOM的控制角。仿真的調制電路圖該調制電路采用正弦載波調制法，用一個等腰三角形載波和一個與基波頻率相同的正弦調制波相比，用他們的交點來確定開關的轉換時刻，因此，通過控制六個IGBT的導通來控制逆變器輸出的電壓。各仿真的波形圖不投入的情況下，負載側在1.5秒時發生三相短路接地故障，持續了0.75秒，系統電壓，下降幅度較大。在負載發生三相短路接地故障時對系統進行無功補償，抑制了電壓的下降。4.3本章小結逆變器和直流電容組成，控制電路采用間接電流控制的控制方法，該控制方法能正確、快速地補償負荷所需的無功。STATCOM在很大程度上能抑制電壓波動及電壓暫降，跟蹤補償特性良好。通過采用電力系統仿真軟件PSCAD/EMTDC分5.1結論本論文分析了電力系統中無功功率的危害及無功功率補償的重要意義，以功功率的檢測方法和控制策略等詳細分析和研究的基礎上，選擇了適合于電力5.2展望和發展空間。由于本人水平有限，時間倉促，使得有些工作做的不足，還需要1.本課題研究主要是圍繞三相平衡的系統來研究。但是實際情況下更多的是三相不平衡系統。所以要從三相不平衡特性出發，考慮采用分相控制來補償[1]中國礦業大學伍小杰，李明等編著.《電力電子技術》.徐州：中國礦[2]栗春，高輝，石建民等.基于DSP的靜止同步補償器脈沖發生器及控制發生器的設計[j].清華大學學報自然科學版,2002,429:11ss-1191.[4]黃卓強，淺談無功補償的方式及容量計算.廣西電業，2003,10.力系統自動化，200012:24-28.[6]靳龍章，:中國水利水電出版社，1997.[7]黃卓強，淺談無功補償的方式及容量計算.廣西電業，2003,10.出版社，1998.力系統自動化，200012:19-23.[J]..清華大學學報自然科學版，1997,377:7-12.[11]王強，姜齊榮，姜旭峰等.20Mvar靜止無功發生器SVG控制器的設計.電力電子技術，19996:1-3.[12]嚴干貴，自動化2002.[J].長沙電力學院學報自然科學版,2001,162:50-53.[19]朱桂萍，自動化，2619,2002.[20]申煒.參數設計與逆系統控制方法的研究.[碩士論文][21]L.Gyngyi,orani,P.R.NCompensatorusingutilityapplications。Paris.GateAug.turn-off[22]C.D.Schauder,H.MehtadvancedstaticVarcompensators.IEEEProcee英文原文transmissionsystem,oneofthecoredevice,stabilizethevoltage,flickerimprove.InordertoensurestableandreliableworkofSTcontrolmethodofchoiceisveryimportant.STATCOMcurrentcontrolofcontrolparametersofthecoordinatedadjustmentmoredifficulttoEmbarksfromtheinstantaneouspowerprincipleofdetailedtransformationrelationship,thushasomittedtheelectriccurrentPIregulator,reducedthecontrolledvariableadjustmentorderofequivalentresistanceandtheequivalentinductancevalue,butthesesystem'sdifferentiaequation,obtainstheSTATCOMcontrolrelationshipdirecvoltagethen,thecontrolstructureissimple,remoreandmore.ButasaresultoftheOCC-STATCOMmaicomponentexistensingleweekgoverningequationtheinverterpowercomposedofthevoltageinverterreactoralsotous1sideelectriccapacityvoltage,controlsinverter'sthroughthesingleweekalgorithphaseloadforthepureresingle-phasecircuit,mayobtIntheformula,istheinstallmentjunctionpointvoltage;isequivalentresistiveload.SupposessingleweekperiodisT,thedutyfavalue;istheinvertorsconcurrentsidevoltage.Considerturn-onfrequencyisbiggerththesingleweekcontrolway2signalturnover,theintegratedFig.1ConfigurationofSTATCOMbasedonone-cyclecontrolFig.3SchematicofInverterBrBecauseintheinvertorsmaincircuit'spowsectionofdeadtimeinitsdrivingsignal,guclears.ConsidersthesingquickrecoveryafterflowThedeadareasingleweekcontrolcontrolprecision,namelybecauseofthedeadoutputtocontainthemassiveovertones,STATCOMworkeffect,forthisreason,thisarticleproposedonekind(c)Actualanddifferenceoftheidealvoltagewaveform3thecompensationtoit.Whenispositive,switchingperiod'sdUnitesvertical2may45Contrasttypetheoriginalcontrolcircuit'sfoundationisservesthecontrolpurpose.ImprToconfirmproposedthatcontrolmethod'svalidity,thisarticlenotcarriedonthedeadareacomIndirectofLCoutput