静止式动态无功补偿器(STATCOM)拓扑结构研究.docx

静止式动态无功补偿器(STATCOM)拓扑结构研究
摘要
无功补偿技术是当前电力系统中重要的技术之一，静止式动态无功补偿器(STATCOM)已经成为大规模应用的无功补偿设备，其拓扑结构研究受到广泛关注。本文针对STATCOM拓扑结构的研究，对其基本原理、拓扑结构及其优化进行了综述，为STATCOM的研究和应用提供基础理论支持。
关键词：无功补偿；STATCOM；拓扑结构；优化
引言
在电力系统中，无功补偿技术是通过调节电源输出电流的谐波和电压的功率因数来消除谐波、提高电能质量和稳定系统运行的重要技术之一。其中，静止式动态无功补偿器(STATCOM)已成为现代大规模电网中广泛应用的无功补偿设备，其优势明显，不仅可以解决输电线路无功电流过大、电网电压波动和谐波产生等问题，还能提供电能质量改善、提高电网稳定性等功能，因此拓扑结构研究具有广泛的研究意义。
一、STATCOM基础原理
STATCOM是一种利用电力电子元器件实现静态电力控制方法来提供无功补偿的设备。其基本原理是通过控制输出电压的大小和相位角，调整电源电流向电网输送的有功和无功功率，从而达到无功补偿的目的。
具体来说，当电网电压下降时，STATCOM可以通过控制输出电压的相位角和大小，使其保持稳定输出，同时调整电路中的无功电流，将其注入到电网中，可以有效的提高电压，解决电网电压下降的问题。如果电网电压过高，则可以通过控制STATCOM输出电压的相位角和大小，将其电压调低，协助消耗电网中的无功功率，提高电网稳定性。
二、STATCOM拓扑结构
不同的STATCOM拓扑结构有不同的应用场景，选择合适的拓扑结构将能够优化无功补偿的效果。常用的STATCOM拓扑结构包括：
1.常规双向换流桥式STATCOM
常规双向换流桥式STATCOM由两个逆变器和一个DC静态高压电容电池组成，逆变器通过转换交流输入电压源为直流电源，并使输出的直流电源变为交流电源。其中，一台逆变器就可以控制无功电流的注入到电网，另一台逆变器则控制有功功率。
该拓扑结构的优势在于性价比较高，拓扑结构简单，但缺点是双向开关器滤波效果较差，交流压缩和步进失真较严重。
2.相依换流型STATCOM
相依换流型STATCOM是由一个单向换流器和一个逆变器组成，可以有效的提高交流压缩和步进失真的效果。
该拓扑结构的优点在于，可以满足无功和有功功率的控制，具有良好的控制性能和高电能转换效率，缺点在于拓扑结构相对复杂。
3.多电平拓扑结构
多电平拓扑结构可以实现多级电压输出，有助于平滑输出电压，进而保证无功补偿效果，对于载波频率调制技术和PWM控制技术的需求较高。
该拓扑结构的优点在于可靠性高，可以平滑输出电压并减少电网的谐波污染，并兼备了低分压及低损耗,缺点在于较复杂。
三、STATCOM拓扑结构的优化
在拓扑结构设计方面，优化能够提高无功补偿效果，降低构造成本，同时提高应用的灵活性。对于状态估计、控制方案设计等关键环节的优化也在逐步加强，以提高STATCOM的性能。
当前，有关优化的研究主要集中在以下方面：
1.基于灵敏度的优化方法
该方法主要是利用灵敏度表来寻找最佳的控制策略，并优化控制参数，适用于各种拓扑结构的STATCOM。
2.基于遗传算法的优化方法
遗传算法优化方法可以有效实现不同变量之间的耦合效应，并处理控制策略以及控制参数之间的关联性，从而实现无功补偿效果最优化。
3.基于粒子群算法的优化方法
粒子群算法主要利用局部搜索和全局搜索结合的方式来寻找控制策略和参数的最优解，针对高度非线性的非凸优化问题，粒子群算法具有较高的鲁棒性和可靠性。
结论
本文对STATCOM拓扑结构研究进行了综述，介绍了STATCOM的基本原理、常用的拓扑结构以及优化方法。可以发现，STATCOM技术现在正处于不断发展和改进的阶段，其应用前景广阔，同时诸多研究还需要不断加强和完善，以期实现最佳控制效果和节约成本的目标。研究者可以根据需要针对性的选择最佳的拓扑结构和优化方法，以提高STATCOM无功补偿效果和控制性能。