2 级联 STATCOM  结构原理及调制策略 6

2。1 STATCOM 的基本结构 6

2。2 大容量 STATCOM 结构 6

2。3 STATCOM 无功补偿基本原理 8

2。4 级联 STATCOM 调制策略 10

2。5 小结 16

3 级联 STATCOM 数学模型及控制方法 17

3。1 级联 STATCOM 数学模型 17

3。2 控制方法 22

3。3 小结 30

4 仿真及分析 31

4。1 双闭环控制系统的设计与仿真 31

4。2 系统仿真及分析 35

4。3 小结 43

5 控制软硬件设计 44

5。1 装置系统整体结构 44

5。2 控制等电路设计 46

5。3 软件流程设计 54

5。4 小结 57

6 结论及展望 58

附录 59

参考文献 64

致 谢 66

1 绪论

1。1 课题研究背景及意义

随着社会的不断发展，越来越多的国家开始重视新能源的应用。新能源拥有 无污染、资源分布广泛、可回收利用、开发效率高等优势。相比其他新能源发电， 风能很早就被人们用来发电，其储量巨大，技术完善，发电效率高等优势，具有 相当大的发展前景。

风力发电机以及整个系统会吸取电网大量无功，并由于风能流动的不确定 性，风电对其并接的电网会造成电能质量下降等影响。随着风电不断规模化，风 电普及率越来越高，这种问题已经越来越严重。在风电系统装配无功补偿装置进 行动态无功补偿，使并网接入点电压稳定，从而减少风电并网对电网造成的负面 影响。随着相关电力电子器件的价格下降，配备无功补偿装置正成为日后用于改 善风电系统电能质量的重要举措之一[1]。

级联型静止同步补偿器（static synchronous compensator，STATCOM）是新 型无功补偿装置的代表。其无功输出与系统电压的无关，动态性能好；各逆变桥 单元拥有完全相同的结构，因此具有模块化的特点，当单个模块故障可以通过冗 余单元的切换保证补偿性能；运行时损耗小，维护费用低，所以更加安全可靠。 虽然具有以上的优点，但是由于级联装置的复杂造成控制上的困难，比如动态补 偿性能、直流侧电容电压的控制等等，通过对其控制方法的研究解决这些问题， 确保装置在风电并网系统中有效补偿无功缺口使系统稳定，具有十分重要的意义 以及应用价值。

1。2 风电场无功补偿研究现状

1。2。1 风电场无功补偿概述

在风电场并网系统中，由于风速的波动，风机的不间断启动等会使得风电输 出有功出现随机波动而且由于风电场所发电力无法就地消纳，需通过输电线路输 送至负荷中心，目前风电场的并网点都位于电网稳定性差的末端。

虽然近年来双馈感应电机、永磁直驱等新型风机不断发展并网，但因为结构 简单、可靠性高、成本低，仍然存在大量失速型异步风机。其主要缺点是正常运 行需要吸收 20%-30%额定功率的无功，同时风电场的升压变压器的激磁、内部 系统包括线路等对无功的需求，使得风电系统会从并接电网汲取大量无功，直接