用于改善风电场电压波动的STATCOM控制技术的研究.pdf

摘要 在风力发电中，最大的挑战就是怎样处理风速的巨大变化，风速的变化是导致输 出功率的波动的主要原因。由于风电场一般位于电网末端，即弱电网，因此这种功率 的变化严重影响电网的电压稳定。随着柔性交流输电系统(FACTS)技术的发展，为了 提高电能质量，可以通过动态无功补偿器来解决。并联无功补偿设备，如静止同步补 偿器(STATCOM) ，现已被广泛的应用在提高电网稳定性和改善公共节点的暂态稳定 上。为了节约变压设备的成本，在高压大功率应用方面，多电平变换器因能改善输出 波形和提供交流侧更高的电压，得到了越来越广泛的关注。自从二极管箝位型多电平 变换器(DCMC) 问世以来，发展了众多与之相关的调制策略和控制方法。本文正是对 这种二极管箝位型多电平STATCOM 的控制系统与改善电能质量的能力进行研究。 本文由三电平 STATCOM 介绍了最基本的空间矢量调制(SVPWM)策略，尽管空 间矢量调制有着突出的优点，诸如最优的开关波形、更易于数字控制的实现，但是当 变换器拓扑的电平数增大，尤其是多于三电平之后，其调制策略所产生的众多序列和 巨大的计算量反而不易于电脑操作。因此，本文引入了一种 60 度坐标系的转换和另 一种三电平空间矢量的两电平简化方法大大降低了多电平的调制算法的复杂程度。并 将此应用到五电平STATCOM 的调制策略当中。 中点平衡问题一直是二极管箝位变换器一个无法避免的问题，本文详细分析了中 点平衡的原因，介绍了三电平和五电平中常见的控制中点平衡的空间矢量调制算法。 并且提出了一种基于中点电流主控的新的五电平STATCOM 中点平衡控制策略，并在 仿真中得到验证。 建立了静止abc 坐标系和dq 同步旋转坐标系下的STATCOM 数学模型，采用了 普遍应用于STATCOM 的直接电压下垂的自动电压控制模式调节补偿输出。 简单介绍了风电场接入电网所引起的电压稳定性问题的原因。通过包含风电场的 电力系统仿真验证了STATCOM 对基于定转速风电机组的风电场暂态电压稳定性的贡 献。仿真结果表明，STATCOM 能够有效地抑制风电场在电网公共节点的电压波动。 关键词：风电场，风机，电压稳定，STATCOM， SVPWM ，中点平衡， 自动电压控制 I Abstract A major challenge for any wind turbine is how to manage the large variation in wind speeds. This variation in output contributes to deviations in power exchange, which will lead to affect the power quality of the imbedded grid. With the development of the Flexible AC Transmission System (FACTS) technology, this problem of voltage instability can be solved by using dynamic reactive power compensation. Shunt FACTS devices, such as the Static Synchronous Compensator (STATCOM), have been widely used to provide high performance steady state and transient voltage control at the Point of Common Coupling (PCC). Multilevel converters are well suited to, and thus are increasingly used in high-voltage high-power applications, for it provides 1)