关于STATCOM的系统仿真.pdf

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第23卷第5期2005年9月西安航空技术高等专科学校学报JournalofXianAerotechnicalCollegeV0I23No5Sept2005关于STATCOM的系统仿真邓瑶（西安航空技术高等专科学校电气工程系，陕西西安710077）摘要：

在MATI_AB中的动态仿真工具SIMULINK的基础上，首先建立了STATCOM的仿真模型，并以含有STATCOM的单机无穷大系统为例，结合逆系统控制方法，用S-Function仿真分析了STATCA3M在系统暂态故障过程中的调节作用，仿真结果验证了该仿真模型的有效性。

关键词：

ATC0M；单机无穷大；逆系统；暂态特性中图分类号：

TM1文献标识码：

A文章编号：

10089233（2005）050011031STATCOM模型概述随着大功率电力电子器件的发展及柔性输电系统（FACTS）技术的提出，FACTS装置的开发及其在电力系统中的应用受到日益广泛的重视。

作为FACTS家族中重要成员之一的STATCA3M，又称为先进的无功发生器（ASVG），由于具有响应速度快，可以在从感性到容性的整个范围中进行连续的无功调节，特别是在欠压条件下仍可有效地发出无功功率和在系统对称运行条件下所需储能电容容量较小，从而可以减小装置体积等优点，得到了电力工业界越来越多的关注。

目前，我国正在发展大区互联电网，电压稳定问题较以前更为明显，所以，发展STATCOM是解决我国电压稳定问题的有效手段，并且也是我国FACTS发展的主要方向。

同时，STAA3M也是一种相对复杂和成本较高的装置，设计者不仅要考虑装置本身的实现，包括主电路参数的选择及其保护系统的设计，而且更主要的是要研究装置接入电力系统之后与系统之间的相互作用，寻求合理的控制方式及算法，进而对控制策略及保护系统的动作方式进行综合考虑，只有这样，才能使装置的性能达到预想的效果。

因此利用仿真模型研究其运行特性显得尤为重要。

本文用MATI_AB61的PSB建立了STATCOM时域仿真模型，对一个含有STATCOM的单机无穷大系统，在系统故障情况下STATCOM的动态特性进行了仿真。

仿真结果表明，本文所设计的控制器可以显著的改善电力系统的暂态性能。

2STATCOM模型建立21STATCOM的基本原理STATCOM的工作是建立在一个静止的同步电压源的基础之上。

其工作原理就是将自换相桥式电路经一个串联电抗（包括变压器的漏抗与电路中其它电抗）与电网相连，根据输入系统的无功功率和有功功率的指令，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足系统所要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

其单相等效电路如图1所示，图中，变压器的漏抗与电路中其它电抗均折算到L中，STATCOM的所有有功损耗折算到R中。

LRUSl图1STATCOM单相等效电路基于瞬时电量的STATCOM数学模型如下：

系统+收稿日期：

20050619作者简介：

邓瑶（1963一），女，江西省南昌市人，1984年陕西理工学院工业电气自动化专业毕业，副教授，现供职于西安航专电气系电气自动化教研室，从事电气自动化专业教学及研究工作。

维普资讯http:

/12西安航空技术高等专科学校学报dtRL一（Ucueos8一詈sinLL一c。

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（1）其中ct，为dq坐标系的旋转角频率，与三相系统电压角频率相同；m为逆变器调制比；R，L分别为S3ATC_OM的等值电阻和电感；C为S3ATCOM直流侧电容值；8为S3ATCOM输出电压与系统电压之间的相角差，Us为系统电压瞬时有效值，Vdc为直流电容电压。

22STATC0M仿真模型的建立对于S3ATC_OM的仿真研究可分为三个层次：

（1）元件级仿真；

（2）装置级仿真；（3）系统级仿真。

元件级仿真是研究GTO的开通、关断特性，为GTO建立一个符合实际的模型，从而为GTO及其反并联二极管、Snubber电路设计和GTO的保护设计提供依据。

装置级仿真主要是研究装置的特性，装置各处的电流、电压波形、各参数对装置的影响，为实际的装置设计提供依据，为装置的调试提供指导。

装置级仿真还可用来研究装置的主电路保护，脉冲触发及控制等。

系统级仿真的目的是研究S3ATCOM装置对电力系统的作用，如维持电压、阻尼振荡，提高系统稳定性等。

而在MATLAB中建立电力系统模型可归纳为两种方法：

（1）物理建模方法：

利用MATLABPSB中固有元件模型（如电阻、电感、电力电子器件等）构建新元件的物理模型。

如果该仿真研究的目的是器件级的仿真，一般可采用这种方法建模。

（2）数学建模方法：

利用MATLABSIMULINK中的控制函数模块来构建新元件的数学模型。

如果仿真的目标是研究元件的外部特性，即系统级的仿真，则一般可采用这种方法来建模。

这种建模方法可大大节省计算时间，提高工作效率，对S3ATC_OM控制规律的设计非常有好处。

另外，根据控制器设计过程对系统信息提取和综合过程的不同，将S3ATC_OM的控制策略分为3种：

（1）基于系统外部特征的控制方式，如PI控制；

（2）基于系统内部结构的控制方式；（3）综合智能控制方式，包括模糊逻辑控制，人工神经网络控制，专家系统控制，迭代学习控制等。

但是到目前为止，除了PI控制方式以外，应用在实际工程中的新控制算法还很少，所以本文采用一种逆系统PI控制方法来进行仿真。

综上所述，本文按照数学建模方法构建一个S3ATC_OM仿真系统，进行系统级仿真，通过分析S3ATCOM在系统暂态故障过程中对电力系统的调节作用来说明它的强大功能。

其控制方法如图2所示。

控制方法的仿真模型如图3所示，它的输入为三相瞬时电压，输出为系统电压瞬时有效值Us和S3ATCOM输出电压与系统电压之间的相角差8。

对用数学模型表示的S3ATCOM，可利用S一函数编写如式

（1）所表示的状态方程，然后利用SIMULINK模块库封装产生一个与S一函数相对应的对话框，如此便能建立一个能与SIMULINK模块库一起使用的新模块。

这个仿真模块的输入为系统电压的瞬时有效值Us和8，输出为S3ATCOM在dq坐标系下的电流，然后再把它转换为三相电流。

这样，S3ATCOM的仿真模型就建立起来了。

图2逆系统控制框图图3MATLAB构建的S3ATC_OM控制方法框图3仿真研究为了验证仿真模型的正确性，将其接入如图4所示的单机无穷大系统，研究它在电力系统暂态稳定问题中的作用。

系统参数在附录中列出。

滑图4含有s丁ATC0M的单机无穷大系统电力系统暂态稳定是指电力系统在某个运行状态下突然受到大的干扰后，能够经过暂态过程达到新的运行状态或者恢复到原来的状态。

本次仿真采用图4系统中线路2发生三相短路来模拟。

假设在系统线路2在03秒发生瞬时短路，在045秒切除，记录发电机转子角速度的动态曲线，无S3ATC_OM的系统和装有S3ATC_OM的系统的仿真结果维普资讯http:

/邓瑶：

关于STATCOM的系统仿真13分别如图5和图6所示。

图5无STATCOM的仿真曲线Time（s）图6有sA11。

0M的仿真曲线对比图5和图6可以看出，在系统发生三相短路瞬间，转速不断增大，而且很快失步，加上STAIVA3M后，发现在故障瞬间，发电机转速发生波动，但很快趋于稳定，说明STATCOM在提高电力系统的暂态稳定性上发挥了很大的作用，同时也验证了用MATLAB61PSB以及S一函数建立的STATCOM仿真模型的正确性。

附录：

仿真系统参数发电机：

Pn=200MVA，vl1二6300V，xd=1305，xd101，xd=0252xq=0474xq0243，Td：

101s，Td=0053，Tq0=01s（未标注单位者均为标幺值，下同）变压器：

he接法，变比6300V11000V，Rm=Xm：

500R1=R2=008线路：

采用串联电抗来表示，X1X2X3003D!

无穷大电源：

V=11000V，R=0，X=001D,STATCOM：

直流电容值为15000zF，等值电阻R=085D,，等值电感002H，逆变器变比K=118参考文献孙元章，刘前进FACTS控制技术综述J电力系统自动化，1999，23（6）：

17范影乐等MATLAB仿真应用详解M北京：

人民邮电出版社，2001BMHan，GGKaraady，JKPark，InteractionAnalysisModelforTransmissionStaticCompensatorWithEMPTIEEETramonPowerDelivery，1998，13（4）：

12971302汤亚芳，施怀瑾等基于MATLAB的电力系统新型元件的仿真建模分析J贵州工业大学学报（自然科学版），2001，30（3）：

46-49SystematicEmulationofSTATCOMDENGYa0（DepartmentofElectricEngineering，XianAerotechnicalColle