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应用于风电场的STATCOM的仿真研究

一.背景介绍

随着能源的消耗和环境污染的日益加剧，对可再生能源的需求

愈发迫切。风能作为一种广泛分布、无尽供应的可再生能源，

拥有广阔的发展前景。然而，由于风能本身的不稳定性，风电

场的输出需要较高的控制能力，使得其大规模接入电力系统变

得相对复杂。其中，STATCOM(静态同步补偿器)是风电场接

入电力系统中极为重要的电力电子设备，其用途主要是消除风

电场输出电压和电流波动产生的功率波动和电力谐波等问题，

从而确保电力系统的稳定性和安全性。

二.STATCOM的基本工作原理

STATCOM是一种能够保持电力系统的电压稳定性和有功无

功平衡的无功补偿器。其基本的工作原理是通过控制电容器或

电感器的电压或电流，来改变电力系统的电压等级或相角差，

从而实现无功功率的输入或输出。具体地，STATCOM对电

网的无功电流进行快速响应并产生反向无功电流，以消除电网

中的无功功率不平衡和谐波，从而达到提高电网功率因数的目

的。

三.STATCOM在风电场电网中的应用

风电机组的运行是受风速波动和机组个体差异的影响的。因此，

风电场的输出电压和电流的波动被认为是比较明显和难以控制

的。对于这种情况，STATCOM作为一个功率电子设备能够

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对高压电力系统进行动态调控，从而确保风电场的连续运行和

电力系统的稳定性。

1.实时功率响应调控

由于风能的不稳定性，风电场的输出功率波动大。而

STATCOM具有响应速度快的特点，在电力系统电压严重下

降时能够及时发挥作用，立刻向电网输送较大的无功电流，从

而达到调节电压的目的。在风电场发生剧烈风速波动时，

STATCOM通过控制输出无功调节电压，从而保持风电场的

输出功率平稳，降低了风电场的输出功率波动和电力电压和电

流的波动。

2.稳定电网频率响应

STATCOM因其快速响应能力，对稳定电网频率也发挥着较

大的作用。STATCOM能够感知电力系统的频率变化，并快

速响应，使无功与有功之间的平衡得到调节。通过快速补偿无

功，STATCOM可以维持电网的电压稳定性，并有效地防止

因风能变化引起的频率偏差或失调。

3.提高电力系统的稳定性

由于风电场接入电网的特点，可能导致电力系统出现电压不足、

电容机等负载产生谐波、电流失调等不稳定现象。STATCOM

通过响应快、补偿精度高的特点，能够有效地抵抗这些不稳定

现象，并提高电力系统的稳定性和安全性。

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四.STATCOM的仿真研究

STATCOM的设计和仿真是验证其控制性能的关键步骤。基

于MATLAB/Simulink工具，进行STATCOM的仿真研究，并

对其控制系统进行精确调整。

仿真系统包括两个主要方面，即风电场的基础电气建模和

STATCOM的电路建模。风机使用的是双馈风机，其涵盖了

各种风速下的最大功率点跟踪等特性。STATCOM的电路建

模使用的是谐振型交流电压源来进行功率电子开关控制，同时

还将电感放置在直流电路中，利用其响应快捷的优势来对反向

无功电流进行响应。

调试仿真系统时，根据经验来调整反馈电流的大小以及电容器

的电压大小，并通过调整PID控制系统的参数来修正输入电

流的有效值