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STATCOM无功控制原理 作者:刘胜利 目前使用的大容量STATCOM大多采用电压源型变换器,因此下面基于VSC(Voltage Source Converter)来讨论STATCOM的工作原理。如下图所示为电压源型变换器的电路模型: 电压源型变换器模型The model of Voltage Source Converter 电压源型变换器 理想STATCOM变换器原理 如上图所示,变换器的主电路由IGBT组成的开关管组成,直流侧的储能元件为电容器,交流侧输出电压用VA、VB、VC表示。变换器通过连接电抗接入电网,连接电抗用XS表示,电网电压用VSA、VSB、VSC表示。理想情况下(忽略线路阻抗和STATCOM的损耗),可以将STATCOM的输出等效成可控电压源,电网电压视为理想电源,且二者相位一致。 在理想情况下,当VAVSA时,从电网流向STATCOM的电流相位超前STATCOM变换器交流输出侧电压90°,STATCOM此时表现为“容性”;当VAVSA时,从电网流向STATCOM的电流相位滞后STATCOM变换器交流输出侧电压90°,STATCOM此时表现为“感性”;当VA=VSA时,电网与STATCOM变换器之间没有电流流过,因此不交换无功功率[5][6]。由此可以看出,理想STATCOM输出无功功率的极性和大小是通过比较STATCOM变换器交流侧输出电压VSA和电网电压VA的大小来实现的,通过控制STATCOM变换器交流侧输出电压VSA的大小就可以连续调节STATCOM变换器发出或吸收无功功率的多少。理想情况的向量图如下所示: 理想STATCOM变换器原理图 理想情况下STATCOM 的模型图和向量图 The model diagram and vector diagram of STATCOM on the ideal condition 实际的STATCOM变换器电路中总是存在一定的损耗的,这 些损耗等效为有功功率P的消耗。 考虑有功损耗的STATCOM模型图和向量图 The model diagram and vector diagram of STATCOM on consideration of active power 实际STATCOM变换器模型 由上图知,STATCOM变换器交流输出侧电压与电网电压之间的相 位差为Φ,这个角就是功率角。图中电感电流也流进STATCOM变 换器,电感电流与STATCOM变换器交流输出侧电压之间的夹角为θ, 这个角是功率因数角。由上述向量图可以推出有功功率P和无功功 率Q的表达式如下。 有功无功表达式 有功功率P的表达式为: 无功功率Q的表达式为: 由有功功率P和无功功率Q的表达式可以看出:要同时控制P和Q,只要控制表达式中的两个变量VA和Φ。STATCOM变换器的控制目标是使有功功率P损耗近似为零,无功功率Q能够根据需要快速跟踪设定值。因此,从有功功率P表达式可以看出,当功率角Φ在一个很小的范围内变化(-5°~+5°)时,sinΦ近似等于Φ,且此时Φ在零值附近波动,所以有功功率P近似为零。可见,当功率Φ角被限制在上述范围内波动时,通过控制功率角Φ的方向和大小,就能控制有功功率P的大小和方向。当VAVSAcosΦ时,STATCOM变换器为“容性”,发出正的无功功率;当VAVSAcosΦ时,STATCOM变换器为“感性”,发出负的无功功率;当VA=VSAcosΦ时,STATCOM变换器与电网之间无电流传递,因此不交换无功功率。因此,实际中带有损耗的STATCOM变换器的控制需要 同时控制其交流侧输出电压VA的大小和功率角Φ的大小。 谢谢!
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