影响分布式静止同步补偿器输出特性的仿真探究

薛博文，丁万霞

(西安铁路职业技术学院，陕西 西安 710016)

影响分布式静止同步补偿器输出特性的仿真探究

薛博文，丁万霞

(西安铁路职业技术学院，陕西 西安 710016)

摘要：阐述了在电网非理想情况下，电能质量中的负序与谐波电压分别对分布式静止同步补偿器(DSTATCOM)直流侧电容电压以及输出电流影响，并引入了电网中实际电能参数，通过仿真研究了其在不同条件下对DSTATCOM的影响特性及范围。提出了一种消除非理想电能质量对DSTATCOM影响的控制策略。

关键词：分布式静止同步补偿器；负序电压；谐波电压；影响特性

目前的无功补偿装置可分为静止无功补偿器(SVC)与静止同步补偿器(STATCOM)[1]。SVC目前应用较广，但其输出低次谐波较大，需增设滤波器，从而导致补偿容量受接点电压影响较大[2]；分布式静止同步补偿器(DSTATCOM)以变换器技术为基础，将自身等效为一个电流/电压源， 利用控制该电流/电压源幅值与相位改变向电网提供无功功率的容量。其运行范围及调节速度与传统的SVC相比表现得更宽、更快且采用多重化、多电平或PWM等技术后还可减少补偿电流的谐波分量；因此，STATCOM作为动态无功补偿装置，其成本更低，体积更小，性能更优越。

1STATCOM的发展趋势

近年来STATCOM的发展方向主要表现在[3-4]：主电路由多重化方波变流器过渡到PWM变流器，采用的器件向全控型发展；补偿对象由输电系统发展到配电系统并扩展到负荷补偿的各层次，但由于配电系统具有低电压、大电流、易产生相位不对称与谐波特征，目前使用的STATCOM控制器是按照电源为理想条件(电压与频率稳定)下设计的。当电网出现相位不对称与高次谐波时将导致STATCOM控制器产生过流，严重时，STATCOM控制器会退出运行，因此，提高DSTATCOM(STATCOM应用配电系统)控制器在非理想电能质量条件下的运行可靠性具有实际意义。本文在对非理想电能质量中的负序与谐波电压对DSTATCOM直流侧电压和输出电流的影响进行仿真分析后，提出了一种控制策略，其能够消除非理想电源电压对STATCOM的影响。

2电网电压质量对DSTATCOM的影响

由于配电系统易出现三相电压不对称与谐波电压，导致DSTATCOM装置出现过电流甚至停运现象， DSTATCOM控制器实际是按照假定电网在理想电压条件下设计的；因此，电能质量对DSTATCOM在电网非理想情况下将引起下述影响。

2.1负序分量对直流电压的影响

当电网中存在负序分量时，直流侧电压将出现两倍频的波动。波动幅值受到电网电压负序分量幅值及调制深度λ影响，仿真得出了电网电压负序分量为31.11 V直流侧电压波形，如图1所示。

图1　直流电压波形

2.2谐波电压对直流电压的影响

如图2和图3所示，电网电压中含有5次155.5 V谐波电压和7次谐波电压时，直流侧电压有6倍频的波动且相位相反。从表1可以看出当电网电压为220 V、串联电抗为5 mh、等效电阻为0.5 Ω时，其中5次谐波电压幅值与直流侧电压波动之间的关系。负序电压分量与谐波电压对DSTATCOM直流侧电容电压的影响，显然后者要明显。

图2　5次谐波电压时直流侧电压

图3　7次谐波电压时直流侧电压

(V)

3电能质量对DSTATCOM输出电流的影响

3.1负序电压对DSTATCOM输出电流的影响

假设直流侧电压恒定，电网中含有3.11 V负序电压时的逆变器输出电流波形如图4所示，可以看出输出电流具有不平衡的特点。

图4　电源中负序电压时的输出电流

3.2谐波电压对DSTATCOM输出电流的影响

以5次谐波电压为例，假设直流电压恒定，则电网中存在5次谐波电压时输出电流波形谐波含量显著，如图5所示。

图5　电源含5次谐波分量时的输出电流波形

4DSTATCOM的控制策略

根据电能质量对DSTATCOM直流侧电容电压及输出电流影响的特点，提出了一种控制策略，其能够消除非理想电源电压对STATCOM的影响，设计的STATCOM控制系统(见图6)通过控制连接电抗上的电压，进而控制DSTATCOM输出电流及抑制直流电压波动，达到STATCOM输出电流只含基波正序分量，提高装置的可靠性的目的。

图6　STATCOM控制系统框图

5结语

分析了电网电压对DSTATCOM的直流侧电容电压与输出电流的影响，即当电网中含3m±1次谐波分量时，直流侧电容电压则会存在3m倍频的波动，输出电流则会存在3m±1次谐波分量。电网电压若含有基波负序电压，直流侧电容电压则会存在2倍频的波动，输出电流则会存在基波负序与3次谐波电流分量。最后，提出了消除非理想电能质量对STATCOM影响的控制策略。

参考文献

[1] 谢小荣，姜齐荣.柔性交流输电系统的原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2006.

[2] 马献鸿.静止无功补偿器DSTATCOM的研究[D].西安:西安理工大学,2005.

[3] 王兆安，杨君，刘进军，等．谐波抑制和无功补偿[M]．北京:机械工业出版社，2004.

[4] 马晓军,杨波,刘文华,等.STATCOM在系统不对称下的开关函数分析法[J].电力系统自动化,2000,17:32-36.

责任编辑李思文

Research on Effects Simulation of Output Characteristics of Distributed Static Synchronous Compensator

XUE Bowen, DING Wanxia

(Xi'an Institute of Railway Technology, Xi’an 710016, China)

Abstract:The paper described the grid under non-ideal conditions, the power quality of the negative sequence and harmonic voltages affect Static synchronous compensator(DSTATCOM)DC capacitor voltage and output currents, the introduction of the actual electricity grid parameters studied through simulation under different conditions DSTATCOM affects the characteristics and scope, and proposed a control strategy of DSTATCOM impact on the elimination of non-ideal power quality.

Key words:DSTATCOM, negative sequence voltage, harmonic voltage, affecting characteristics

收稿日期：2014-12-04

作者简介：薛博文(1980-)，男，讲师，硕士，主要从事电力电子与电力传动等方面的研究。

中图分类号：TM 74

文献标志码：A