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做科研,涉及到一个深在的思想系统,需要科研者逻辑缜密,踏实认真,但是不能只是努力,很多时候借力比努力更重要,然后还要有仰望星空的创新点和启发点。当哲学课上老师问你什么是科学,什么是电的时候,不要觉得这些问题搞笑。哲学是科学之母,哲学就是追究终极问题,寻找那些不言自明只有小孩子会问的但是你却回答不出来的问题。建议读者按目录次序逐一浏览,免得骤然跌入幽暗的迷宫找不到来时的路,它不足为你揭示全部问题的答案,但若能让人胸中升起一朵朵疑云,也未尝不会酿成晚霞斑斓的别一番景致,万一它居然给你带来了一场精神世界的苦雨,那就借机洗刷一下原来存放在那儿的“躺平”上的尘埃吧。
或许,雨过云收,神驰的天地更清朗.......
1 概述
当使用Visual Studio Code (VSC) 建立基于三电平中点钳式电压源变换器的STATCOM模型时,我们能够实现电压的有效调节。STATCOM是一种用于调节电网电压的装置,其通过提供所需的无功功率来支持电压的稳定。在模拟过程中,我们可以改变电压设定值,逐步减小或增加交流电压,以模拟不同的电网工况。通过这样的研究,我们可以更好地理解STATCOM在电力系统中的作用,以及其对电压稳定性的影响。使用VSC进行建模和模拟,可以提供灵活性和便利性,使我们能够更加高效地进行电力系统的仿真研究。
基于VSC的STATCOM模型利用三电平中点钳式电压源变换器进行电压调节,通过改变电压设定值来调节交流电压的大小。在模拟过程中,当电压设定值发生变化时,STATCOM会相应地减小或增加输出无功功率,以支持电网电压的稳定性。通过实时监测电网电压并快速响应调节需求,STATCOM能够迅速而精确地提供所需的无功功率,以维持电压在合适的范围内。这种先进的电力电子设备在电力系统中扮演着至关重要的角色,有效地提高了电网的稳定性和可靠性,确保电力传输过程中的质量和效率。
STATCOM(静止同步补偿器)是一种用于电力系统中动态调节无功功率和电压的高级FACTS(灵活交流输电系统)设备。基于VSC(电压源换流器)的STATCOM模型利用电力电子技术来快速响应电网变化,提高系统的稳定性和效率。当中采用三电平中点钳式电压源变换器作为其核心部件时,这种STATCOM能够更加高效、精确地控制输出电压,以适应不同的电网需求。
三电平中点钳式电压源变换器(3L-NPC VSC)
三电平(或称三重电平)变换器通过使用额外的中点钳位电平,相比传统的两电平VSC,能生成更接近正弦波的输出电压,减少了谐波含量,提高了功率质量和效率。"中点钳式"设计意味着在直流侧中点添加了电容器或电抗器来钳制中点电压,使得变换器能够在正、负母线电压以及中点电位三个不同的电平上切换,因此得名三电平。
STATCOM在电压调节中的作用
当模拟过程中改变电压设定值时,STATCOM通过以下方式响应以支持电压:
-
电压减小时:如果检测到系统电压下降,STATCOM会迅速增加其输出的无功功率,向系统注入无功电流,这有助于提升线路电压。实质上,STATCOM扮演着一个动态电容器的角色,通过提供必要的补偿无功功率,帮助维持或恢复系统电压水平。
-
电压增加时:相反,若系统电压升高,STATCOM则减少其无功功率输出,吸收系统中的多余无功电流,从而防止电压过度升高,保持电压稳定。这时,它相当于一个可调的电抗器。
控制策略
实现这一功能的关键在于STATCOM的控制算法,通常包括内环电流控制和外环电压控制。内环控制确保电流跟踪指令值,而外环控制根据系统电压与设定值的偏差调整无功功率输出目标,以此实现对系统电压的精细调节。
总结
基于VSC的STATCOM模型,特别是采用三电平中点钳式电压源变换器的设计,因其出色的电压调节能力和高效率,在现代电力系统中扮演着极其重要的角色。通过动态响应交流电压的变化并适时调整无功功率输出,STATCOM有效支持了电网的电压稳定性和整体运行性能,是增强电力系统灵活性和可靠性的重要工具。
2 运行结果
部分代码:
%% Sample times
Ts_PWM = 5e-6;
Ts_Control = 50e-6; % Control systems sample Ts_Control = 1/F_Switching.
Ts_Power = Ts_PWM; % Default value Ts_PWM = Ts_Control/10
%% Grid parameters
Fnom = 50; % Nominal system frequency (Hz)
Vnom_grid =230e3; % nominal voltage (L-L rms)
Psc_grid = 500e6; % Short-circuit level (VA)
%% STATCOM parameters
% DC link:
Pnom_dc_3L = 50e6; % Nominal DC link Power (VA)
Vnom_dc_3L = 380e3; % Nominal DC link voltage (V)
H_3L = 1/Fnom*2; % DC link stored energy constant(s) = 2 cycles
Clink_3L = Pnom_dc_3L*H_3L*2 /Vnom_dc_3L^2; % DC link capacitor (F)
Vc_Initial_3L = Vnom_dc_3L/2; % capacitor initial voltage (V)
% Transformer:
Pnom_3L = Pnom_dc_3L; % Transformer nominal power (VA)
Vnom_prim_3L = Vnom_grid; % Nominal primary voltage (V)
m_nom_3L = 0.8; % Nominal modulation index for 3-Level converter
Vnom_sec_3L = 0.5*Vnom_dc_3L/sqrt(2)*sqrt(3)*m_nom_3L; % Nominal secondary voltage (V)
Lxfo_3L = 0.10; % Total Leakage inductance (pu)
Rxfo_3L = 0.10/30; % Total winding resistance (pu)
Rm_3L = 500; % Magnetization resistance (pu)
Lm_3L = 500; % Magnetization inductance (pu)
% Filter:
Qnom_Filter1=0.05*Pnom_dc_3L; % Nominal reactive power (VA) 5 % of the nomial DC power
Fn_Filter1=33*Fnom; % Tuning frequency (Hz) is the switching frequency
Q_Filter1=10; % Quality factor higher Q, sharper the filter
% Control Parameters
Fc_3L=33*Fnom; % PWM carrier frequency (Hz)
Freq_Filter=1000; % Measurement filters natural frequency (Hz)
Lact = 0.15*(((Vnom_sec_3L/1000)*1e3)^2/(Pnom_3L))/314.159
Qnom_Filter11=0.05*Pnom_dc_3L;
Q_Filter11=5;
% VDC controller
Kp_VDCreg_3L= 3; % Proportional gain
Ki_VDCreg_3L= 300; % Integral gain
LimitU_VDCreg_3L= 1.5; % Output (Idref) Upper limit (pu)
LimitL_VDCreg_3L= -1.5; % Output (Idref) Lower limit (pu)
% Current controller
Rff_3L= Rxfo_3L; % Feedforward R
3 参考文献
文章中一些内容引自网络,会注明出处或引用为参考文献,难免有未尽之处,如有不妥,请随时联系删除。
[1]郭贺宏,杜欣慧.基于VSC-HVDC提高系统电压稳定性研究[J].中国电力教育, 2006(S1):3.DOI:CNKI:SUN:ZGDI.0.2006-S1-019.
[2] Peng Z ,张鹏, Tao L H ,et al.基于附加阻尼控制的含STATCOM海上风电场直流并网系统小扰动稳定分析[C]//南京市科协2017年青年科学家论坛.南京市科协南京电机工程学会江苏省电机工程学会江苏省配电网智能技术与装备协同创新中心, 2017.
[3]罗振鹏,刘永和,杨宝峰.多级注入式电流源型STATCOM模型和非线性控制策略研究[J].电力系统保护与控制, 2014, 42(6):6.
[4]郝海斌,唐晓娜,郭怀德.基于非线性控制策略的智能电网DSTATCOM模型研究[J].西安电力高等专科学校学报, 2010.
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