关键字 |
| 事实，电能质量，电压补偿，径向配电系统，联络线，静态同步补偿器(STATCOM)， z源逆变器(ZSI)。 |
介绍 |
| 电能质量是当今时代的一个主要问题。随着复杂设备的插入，这变得尤为重要，这些设备的性能对电源的质量非常敏感。电能质量问题表现为不标准的电压、电流或频率，导致最终用户设备的故障或错误操作。 |
| 配电系统的分析是一个重要的活动领域，因为配电系统提供了大容量电力系统和用户之间的最终链接。配电网在电力系统规划中起着越来越重要的作用。配电电路通常使用一次馈线或主馈线和横向分配器。主馈线从变电站出发，经过主要负荷中心。横向分配器将各个负载点连接到主馈线，并被定义为径向分配系统。径向系统因其简单的设计和低成本而广受欢迎。 |
| 如今，在电力市场竞争激烈的环境中，除了避免供电中断外，可靠性、稳定性和高质量是供电负荷的主要功能。因此，需要更仔细地设计电力系统。人们一直在寻找新技术来提供这种交付性能。然而，可以考虑在网络的某个地方安装额外的设备。这可能发生在个人规划阶段，也可能发生在扩张规划的后期。这些设备是并联电抗器、电容器组、串联电抗器、自动稳压器或最近开发的柔性交流传输系统(FACTS)技术，如静态补偿器[1]。 |
statcom工作原理 |
| STATCOM的工作原理如下:通过漏抗上的交流电压差，使STATCOM与电力系统进行功率交换。当交流母线电压幅值高于VSI幅值时，将VSI电压与交流母线电压系统进行比较;交流系统将STATCOM视为连接到其端子上的电感。否则，如果VSI电压值高于交流母线电压值，则交流系统将STATCOM视为连接到其端子的电容。当交流系统和VSI电压大小相等时，无功功率交换为零。如果STATCOM的直流侧有直流电源或储能设备，可以为电力系统提供实电。这可以通过调节STATCOM端子的相位角和交流电源系统的相位角来实现。当交流系统相位角大于VSI相位角时，STATCOM将吸收交流系统的实功率，当交流系统相位角滞后于VSI相位角时，STATCOM将向交流系统提供实功率。 |
| 电压源转换器或逆变器(VSC或VSI)是STATCOM和其他FACTS设备的组成部分。一个非常简单的逆变器在开关直接电压源时产生一个方形电压波形。VSI的基本目标是从直流电压产生谐波失真最小的正弦交流电压。STATCOM的单线图如图1所示。 |
 |
| STATCOM与传统无功补偿装置相比，其主要优点是调节能力强，谐波含量低，损耗小，无谐振等运行问题。与特定负载连接的STATCOM可以注入补偿电流，使总需求满足公用事业连接的规范。它还可以消除电力母线电压的不平衡和谐波失真。STATCOM在电力系统负载能力、无功补偿、减损、调压、平衡电压、提高电能质量和稳定性等方面将发挥更加重要的作用。 |
阻抗源逆变器(zsi) |
| 带负载的z源逆变器配置主电路如图2所示。新提出的z源逆变器有一个独特的特点，它可以通过引入直穿工作模式来实现输出电压的升压/降压，这是传统电压源逆变器所不能实现的，利用这一独特的特点，ZSI通过单级功率转换提供了一种更便宜、更简单的降压-升压逆变。ZSI电路由二极管整流器、直流链路电路和逆变器桥组成。不同之处在于，直流链路电路由Z-Source网络(c1, c2, L1和L2)实现，小输入电容(ca,cb和cc)连接到二极管整流器。由于z源逆变器桥可以将DC电容器(c1和c2)电压提升到整流器的DC值以上的任何值，因此无论线路电压如何，始终可以获得所需的输出电压。以230V负载系统为例，无论线路电压如何，直流电容电压可以提升到350V或更高，以产生230V交流输出。从理论上讲，直流电容电压可以被提升到整流器固有直流电压(310-325V对于230 v线路)以上的任何值，通过使用零开关状态射通。当需要更高电压或电压下降时。然而，在实际使用中，电容器电压受到设备额定电压的限制。 |
| 配电网络重构由Baran[3]处理。Shirmohammadi[4]给出的基于弱网格分布的补偿潮流。利用s.h osh[5]给出了径向配电网的潮流解。通过Justus[6]对ZSI逆变器的谐波特性进行了研究，并与传统逆变器进行了比较。Mineski[7]给出了电能质量问题的解决方案。利用s.s sivanagaraju[8]给出了弱网格系统的潮流方法。对基于STATCOM的ZSI和推挽逆变器进行了比较，并利用Usha[9]-[10]提高了电能质量。 |
| 作者不知道在IEEE 33总线径向和弱网格分布系统中使用基于z源逆变器的STATCOM的任何文献。该工作为基于ZSI的STATCOM的ieee33总线径向弱网格配电系统的电能质量改善提供了依据。 |
 |
仿真结果 |
| 对IEEE 33总线径向和弱网格分布系统进行了仿真研究。假设三相径向弱网格配电网是平衡的。利用MATLAB/SIMULINK对33总线IEEE径向和弱网格配电系统进行了建模和仿真。荷载沿线段均匀分布。所有的负载都被建模为恒阻抗负载。 |
| 33总线径向配电系统单线图如图3a所示。33总线弱网格分布系统单线图如图3b所示。线路、负载和连接开关数据在[5]中给出。在[8]中给出了33总线径向弱网格系统的潮流结果。仿真结果与径向弱网格系统的潮流结果一致。负载母线电压通过一个不受控的整流器被检测和整流。并与参考电压进行了比较。将误差传递给PI控制器。PI控制器的输出调节脉冲宽度以获得负载总线上所需的电压。PI控制器、单相配电线路、单相rl负载和单相电源的SIMULINK模型分别如图3c、Fig3d、Fig3e和Fig3f所示 |
| 不含STATCOM的33总线IEEE径向配电系统的SIMULINK模型如图3g所示。STATCOM放置在第6总线，以更好地补偿这两种情况。基于ZSI的STATCOM第6总线33总线IEEE径向配电系统的SIMULINK模型如图3h所示。为了提高各负载母线上的电压水平，STATCOM连接在径向配电系统的第6母线上。STATCOM在t=0.3秒时连接到系统。33总线IEEE弱网格分布系统的SIMULINK模型如图3i所示。第6总线基于ZSI的statcom的33总线IEEE弱网格分布系统的SIMULINK模型如图3j所示。源总线上的电压大小被认为是1.0 pu。 |
| 表1给出了33总线IEEE径向配电系统和弱网格配电系统作为情形(a)和情形(b)的仿真结果。表1给出了这两种情况下，有和没有STATCOM的负载总线上的负载电压的大小。从表1中可以清楚地看出，通过在第6总线连接STATCOM来补偿各个负载总线上的电压下降。研究还发现，弱网格分布系统的电压值比径向分布系统的电压值要高，因为其中包含了联络线。因此，采用基于ZSI的STATCOM在IEEE 33总线径向和弱网格配电系统中都能进一步提高负载电压。 |
 |
(一)PI控制器的SIMULINK模型 |
| PI控制器的SIMULINK模型如图3c所示。负载电压被馈送到求和点。将该电压与参考电压(设为5v)进行比较，并将误差反馈给PI控制器(KP=2, KI=0.5)。PI控制器的输出给脉冲发生器以产生所需的脉冲宽度。这些脉冲被给予STATCOM注入电压到系统进行补偿。 |
 |
(B)单相配电网SIMULINK模型: |
| 利用SIMULIK 1相串联RLC分支块(C值设置为∞)和1相并联RLC分支块(R和L值设置为无穷大)与V、I和PQ测量块形成配电线路，如图3d所示 |
 |
(C)单相RL负载的SIMULINK模型: |
| 采用SIMULIK单相并联RLC负载块，带V、I和PQ测量块，建立模型如图3e所示。它在指定的频率下显示恒定的阻抗。负载有功功率和无功功率与外加电压的平方成正比。电容性VAR QC值设置为0，获得单相RL负载。 |
 |
(四)单相源的SIMULINK模型: |
| 采用SIMULIK单相交流源，1相串联RLC分支块(R值设为极低值1e-12, L值设为零，C值设为∞)和1相并联V、I、PQ测量块建立单相源模型，如图3f所示。这里将极低的电阻串联起来，以避免收敛问题。 |
 |
 |
  |
结论 |
| 本工作提出了基于z源逆变器的STATCOM系统的可行性。利用MATLAB/SIMULINK对33总线IEEE径向弱网格配电系统进行了建模和仿真，并给出了仿真结果。给出了有和没有STATCOM的33总线IEEE径向和弱网格配电系统的仿真结果。采用三相平衡系统单相模型进行了仿真研究。发现电压补偿是通过连接STATCOM来完成的。IEEE径向配电系统和弱网格配电系统都改善了电能质量。5个联络线的径向配线系统与径向配线系统相比，可靠性进一步提高。未来的工作范围是还可以使用PSCAD或PSIM进行模拟。仿真研究可扩展到64总线和128总线系统。测试也可以在非常大的实时电力系统上进行，也可以使用微控制器或DSP处理器来完成STATCOM的实验室模型。 |
参考文献 |
- N.G.Hingorani和L.Gyugyi，了解事实，概念和柔性交流传输系统的技术，皮斯卡塔韦，新泽西;IEEE出版社，2000。
- A.Ghosh和G.Ledwich，使用自定义功率器件提高电能质量，Kluwer学术出版社，2002年。
- 巴兰梅梅和吴芳芳1989。为减少损耗和负载平衡而在配电系统中的网络重构。IEEE TransonPERD PWRD——(2)pp.1401 - 107, 1989。
- ShirmohammadiD、HongHW SemlyenA LuoGX。基于补偿的弱网格配电网潮流方法。IEEE反式。中国机械工程，2011(2):1 - 8。
- 径向配电网潮流解的ghosh和das方法。IEE PartC, 146(4): 641、1994
- B.Justus Rabi和Arumugam "， z源逆变器与传统逆变器的谐波研究与比较"，应用科学学报，2(10):1418-1426,2005。
- R.Mienski, R。Pawelek和I.Wasiak，“使用STATCOM控制器改善电能质量的分流补偿:建模和仿真”，ieeeprocessing。第二,vol.151 March2004。
- S.Sivanagaraju, J。陈志伟，“基于环法的弱网格配电网负荷流计算方法”，《工程物理学报》，vol.3,no.4,pp.55-59, 2008年8月。
- 刘志军，刘志军，“基于z源逆变器的STATCOM系统的比较研究”，清华大学学报(自然科学版)，Vol.6, no . 1,pp.55-65,2013。
- “基于ZSI的STATCOM提高30母线系统电能质量”，《现代工程学报》，第3卷，第一期。2 - 773 - 778页。March-April.2013
|
菜单
