配电变压器集成化静止补偿技术的作用机理与控制方法研究

Static synchronous compensator(STATCOM),as the most promising technical measures of modern grid reactive support, system energy saving and power quality control ,has been widely studied. The development of high-voltage high-power STATCOM is subjected to the technical bottlenecks issued from the withstand voltage and the capacity of power components, and the energy saving effect of which to the distribution network is insufficient. The active power filter worked in low voltage level is incapable to satisfy the voltage support in the modern distribution network, which is lacking of interworking and has a low compensation efficiency and a high resources waste. Through the research we find out that the intersection of high voltage and low voltage in distribution network is an important and effective compensation control point, and a novel technology of the integration of distribution transformer and STATCOM is proposeed. This project will research into the key technical problems of the integration methods and interaction mechanism of the transformer and the compensation device, the main circuit structure and the cascade way that make full use of the device efficiency and the multi-objective compensation control strategy across the distribution transformers, combining the technical advantages of high-voltage high-power STATCOM and D-STATCOM and taking full advantage of the surplus capacity of distribution transformer to realize the concentrative reactive power compensation, the harmonic restraining and the asymmetric compensation in the voltage grade intersection of distribution network, so as to achieve the purpose of the resources saving, energy conservation and performance optimization in distribution network and to promote the process of engineering application of D-STATCOM technology.

静止同步补偿器（STATCOM）作为现代电网无功支撑、系统节能和电能质量控制最有前途的技术而被广泛研究。高压大功率STATCOM受制于功率器件耐压和容量而产生技术瓶颈，且缺乏对配网的节能作用；配网STATCOM尚处于应用探索中，而低压有源滤波器不足以承担配网的电压支撑作用，且缺乏相互配合，补偿效率低，资源浪费大。申请者经过研究认为在配网中电压等级交汇点是一个重要而有效的补偿控制点，提出了一种将配电变压器与静止补偿装置相集成的新技术。本项目拟从补偿装置与变压器的集成方式和相互作用机理，充分利用器件效能的主电路结构，跨配电变的多目标补偿控制策略等关键技术展开深入研究，结合高压大功率STATCOM与配网STATCOM技术优点，充分利用配电变富余容量，在配网电压等级交汇点实现集中性的无功补偿、谐波抑制和不对称校正，达到配网节约资源、节能降耗及性能优化的目标，推进配网STATCOM技术的工程化进程。

配电网中广泛使用的配电变压器是输配电的关键节点，是电能供给和需求的交汇点，但同时也是无功、谐波等不利因素对供电质量产生影响的集散点。本项目以处于中低电压等级交汇点的配电变为一个重要而有效的补偿控制点，提出一种配电变压器集成化静止补偿（DT-STATCOM）技术，具有利用变压器传变特性实现配电网无功、谐波及不平衡综合补偿的优势。从降低静止补偿装置的电压应力和综合成本，提高设备集成度，实现补偿性能优化的目标出发，本项目围绕DT-STATCOM的系统结构、补偿机理、实现方法、控制策略及其实验平台开展研究，目前已完成了各项预期研究内容，取得的重要进展和创新成果如下：.1) 提出多种DT-STATCOM结构形式，可有效降低开关器件承受的电压应力，提高变压器容量利用率；建立了反映电磁耦合方式的仿真数学模型，研究了变压器与补偿装置的相互作用机理，得到了补偿容量的约束关系，能够在提高变压器容量利用率的同时有效避免注入补偿电流后引起的绕组电流过载的问题。.2) 提出以二极管箝位式三电平和级联多电平拓扑结构为功率电路拓扑，完成了电压源逆变环节、接口滤波器（含无源阻尼的LCL滤波器）、起动预充电等关键环节的设计，形成了完整的DT-STATCOM系统构建方案。.3) 提出一种跨变压器（元件）的指令电流检测方法，突破了补偿点和检测点位置不同的局限；提出基于非线性无源控制的无功电流跟踪策略，增强了系统鲁棒性，降低了参数设计和调节复杂度；提出改进的双旋转坐标变换PR控制器，减少控制器数量并实现典型谐波选择性补偿；研究了零序电压和负序电流注入的三相不平衡校正方法，改善DT-STATCOM的不平衡补偿性能；提出一种考虑容量约束的多目标控制器，通过动态权重分配优化综合补偿效果。.4) 采用基于模型的设计思想，开发了DT-STATCOM仿真系统，简化了算法验证过程，缩短了研发周期；构建了高效灵活的物理实验平台，开发了实验装置，完成了集成化补偿的动模实验，验证了机理分析和控制方法的正确性，实验表明DT-STATCOM具有优良的综合补偿效果和快速的动态响应特性。