配電變壓器一體化靜止無功補償器(DT-STATCOM)關鍵技術研究是隨著電力系統規模的迅速擴大和現代電力電子技術的快速發展，靜止無功補償技術(STATCOM)已經成為電力系統節能降耗和電能質量控制領域的研究熱點之一。
隨著電力系統規模的迅速擴大和現代電力電子技術的快速發展，靜止無功補償技術(STATCOM)已經成為電力系統節能降耗和電能質量控制領域的研究熱點之一。目前，STATCOM技術主要存在著兩種發展趨勢：用於高壓輸電系統無功補償及電壓支持的高壓大功率STATCOM技術和用於配電網終端用戶無功就地補償的配電網STATCOM(D-STATCOM)技術。高壓大功率STATCOM因電壓等級較高、容量較大而必須採用多重化或鏈式結構，致使其結構複雜、成本昂貴、安全可靠性不高； D-STATCOM技術則因接入電壓較低，使其補償容量不高或補償電流較大，而且為了滿足就地補償的需要使得設備安裝極為分散，設備的總體利用率較低、相互之間缺乏協調控制、大量使用時存在著資源浪費以及因技術不完善帶來新的諧波污染等問題。
針對STATCOM技術套用和發展過程中的上述問題，本文在國家高技術研究發展計畫(863計畫)先進能源技術領域高效節能與分散式供能技術專題探索導向類項目{配電變一體化STATCOM節能新技術研究》(2009AA05Z208)的資助下，以配電網中高低電壓等級交匯處的配電變壓器(尤其是箱式變電站中的配電變壓器)作為無功補償和電能質量控制的關鍵節點，提出了一種將配電變壓器與電力電子靜止無功補償單元相集成，構成一體化結構的新型配電變壓器-靜止無功補償技術(Distribution Transformer STATCOM，DT-STATCOM)。該補償技術不僅能夠充分利用配電變壓器的富餘容量實現對變壓器及其負載的集中動態補償，同時隨著大量配電變壓器(尤其是箱式變電站)在配電網中的廣泛分布而又具備一定的分散性，易於實現相互協調控制；通過配電變壓器-靜止無功補償單元一體化設計方案，可靈活選擇靜止補償單元的連線電壓，擴大了電力電子器件的選型範圍，有利於技術經濟指標的最佳化選擇；緊湊的一體化結構有效降低了補償裝置的體積和成本，提高裝置整體效率。為了實現DT-STATCOM系統的設計目標，發揮其技術優勢，本文圍繞DT-STATCOM技術的基本原理和各環節的關鍵技術展開了分析和研究。
DT-STATCOM系統的靜止無功補償單元需要利用配電變壓器的富餘容量進行無功補償和電能質量控制，改變了變壓器繞組中原有的電流分布，因此需要避免因補償而造成變壓器過載的情況。對此，文中對變壓器負載率與DT-STATCOM可補償容量間的約束關係進行了理論研究，論證了現有配電變壓器負載率下，採用DT-STATCOM實現無功補償的可行性。
在DT-STATCOM系統的結構設計中，需要通過在配電變壓器的高壓繞組設定連線抽頭，實現靜止無功補償單元與變壓器的一體化結構。然而由於配電變壓器繞組具有多種聯結組型式而給該一體化結構方式的設計造成了一定困難。文中針對變壓器不同的聯結組型式及其特點，分別研究了單組和多組連線抽頭的一體化結構方式，實現了不同變壓器聯結組條件下的一體化結構設計。同時，為了適合較大的連線電壓選擇範圍和不同DT-STATCOM一體化結構，分析和比較了多種靜止補償單元的拓撲結構型式，論證了DT-STATCOM主電路採用中性點箝位三電平結構的合理性。
DT-STATCOM靜止無功補償單元的交流輸出側與配電變壓器連線，不僅有助於縮小補償裝置的整體體積，而且可以將變壓器漏抗作為輸出濾波器的一部分，從而獲得更好的濾波效果。本文在分析LCL濾波器各元件參數對補償效果作用機理的基礎上，提出了適用於DT-STATCOM一體化結構的多約束條件濾波器設計方法，並通過仿真分析驗證了其有效性。文中還對高壓大功率STATCOM、D-STATCOM和DT-STATCOM展開了比較分析，進一步論證了DT-STATCOM技術具有較好的技術經濟性。
補償指令電流檢測是實現無功補償和電能質量控制的基礎，由於DT-STATCOM系統特殊的一體化結構，導致補償指令電流檢測過程中補償信息的檢測點和補償輸出接入點分別位於變壓器的不同連線埠。由於這兩連線埠之間間隔了變壓器的繞組，各連線埠的電壓和電流信號存在著幅值和相位的偏差，因而傳統的基於瞬時無功功率理論的p-q檢測法和i〓-i〓檢測法不再適用。因此，本文提出了三種跨連線埠補償電流檢測方法，能夠根據配電變壓器不同連線埠的電氣量信息，實現補償功率或補償電流的跨變壓器連線埠轉換。同時，針對配電網普遍存在的電壓畸變的現實情況，分析了其對三種跨連線埠補償電流檢測方法的影響。理論和仿真研究表明，DT-STATCOM採用跨連線埠i〓-i〓檢測法可以取得更為優良的整體性能。
DT-STATCOM系統是一種複雜的非線性系統，其交流輸出和直流電壓之間存在著較強的耦合關係。論文結合DT-STATCOM的運行特點，採用了前饋解耦控制策略，實現了電流內環的解耦，有效簡化了控制器的設計。脈衝觸發控制的效果直接影響著DT-STATCOM系統的動態補償性能。論文對三角載波比較、滯環電流比較和無差拍等三種典型脈衝觸發控制方法進行了對比研究，說明了滯環電流比較控制策略是最為適合的DT-STATCOM系統脈衝觸發方式。為了降低滯環比較控制中功率器件開關頻率的波動，文中對其進行了改進和最佳化，實現了變環寬準恆頻的滯環比較控制方法，有效改善了其對DT-STATCOM系統濾波環節造成的不利影響。
DT-STATCOM系統是一個交直流混合的複雜離散系統。而且其靜止無功補償單元與配電變壓器特殊的一體化結構方式，使得其動態補償過程和控制方式均與傳統無功補償裝置有著顯著的不同。為了檢驗上述DT-STATCOM設計方案和控制策略的正確性．本文構建了適合DT-STATCOM一體化結構的配電變壓器仿真模型，並利用電力系統仿真模組與S函式模組混合編程技術，實現DT-STATCOM控制系統的實時採樣計算和脈衝觸發控制。仿真結果表明，DT-STATCOM系統可實現無功功率的快速動態補償和電能質量的有效控制。
在上述理論研究和仿真分析的基礎上，研製開發了DT-STATCOM系統的動模樣機和試驗平台，開展了DT-STATCOM系統空載損耗試驗、無功補償動模試驗、諧波抑制動模試驗和系統不平衡電流補償動模試驗。動模試驗結果驗證了DT-STATCOM技術的正確性和有效性。
論文最後對課題研究進行了總結，並對下一步擬開展的主要工作進行了展望。
關鍵字：配電變壓器；靜止無功補償；一體化；跨連線埠；指令電流檢測；仿真建模；試驗樣機。
針對STATCOM技術套用和發展過程中的上述問題，本文在國家高技術研究發展計畫(863計畫)先進能源技術領域高效節能與分散式供能技術專題探索導向類項目{配電變一體化STATCOM節能新技術研究》(2009AA05Z208)的資助下，以配電網中高低電壓等級交匯處的配電變壓器(尤其是箱式變電站中的配電變壓器)作為無功補償和電能質量控制的關鍵節點，提出了一種將配電變壓器與電力電子靜止無功補償單元相集成，構成一體化結構的新型配電變壓器-靜止無功補償技術(Distribution Transformer STATCOM，DT-STATCOM)。該補償技術不僅能夠充分利用配電變壓器的富餘容量實現對變壓器及其負載的集中動態補償，同時隨著大量配電變壓器(尤其是箱式變電站)在配電網中的廣泛分布而又具備一定的分散性，易於實現相互協調控制；通過配電變壓器-靜止無功補償單元一體化設計方案，可靈活選擇靜止補償單元的連線電壓，擴大了電力電子器件的選型範圍，有利於技術經濟指標的最佳化選擇；緊湊的一體化結構有效降低了補償裝置的體積和成本，提高裝置整體效率。為了實現DT-STATCOM系統的設計目標，發揮其技術優勢，本文圍繞DT-STATCOM技術的基本原理和各環節的關鍵技術展開了分析和研究。
DT-STATCOM系統的靜止無功補償單元需要利用配電變壓器的富餘容量進行無功補償和電能質量控制，改變了變壓器繞組中原有的電流分布，因此需要避免因補償而造成變壓器過載的情況。對此，文中對變壓器負載率與DT-STATCOM可補償容量間的約束關係進行了理論研究，論證了現有配電變壓器負載率下，採用DT-STATCOM實現無功補償的可行性。
在DT-STATCOM系統的結構設計中，需要通過在配電變壓器的高壓繞組設定連線抽頭，實現靜止無功補償單元與變壓器的一體化結構。然而由於配電變壓器繞組具有多種聯結組型式而給該一體化結構方式的設計造成了一定困難。文中針對變壓器不同的聯結組型式及其特點，分別研究了單組和多組連線抽頭的一體化結構方式，實現了不同變壓器聯結組條件下的一體化結構設計。同時，為了適合較大的連線電壓選擇範圍和不同DT-STATCOM一體化結構，分析和比較了多種靜止補償單元的拓撲結構型式，論證了DT-STATCOM主電路採用中性點箝位三電平結構的合理性。
DT-STATCOM靜止無功補償單元的交流輸出側與配電變壓器連線，不僅有助於縮小補償裝置的整體體積，而且可以將變壓器漏抗作為輸出濾波器的一部分，從而獲得更好的濾波效果。本文在分析LCL濾波器各元件參數對補償效果作用機理的基礎上，提出了適用於DT-STATCOM一體化結構的多約束條件濾波器設計方法，並通過仿真分析驗證了其有效性。文中還對高壓大功率STATCOM、D-STATCOM和DT-STATCOM展開了比較分析，進一步論證了DT-STATCOM技術具有較好的技術經濟性。
補償指令電流檢測是實現無功補償和電能質量控制的基礎，由於DT-STATCOM系統特殊的一體化結構，導致補償指令電流檢測過程中補償信息的檢測點和補償輸出接入點分別位於變壓器的不同連線埠。由於這兩連線埠之間間隔了變壓器的繞組，各連線埠的電壓和電流信號存在著幅值和相位的偏差，因而傳統的基於瞬時無功功率理論的p-q檢測法和i〓-i〓檢測法不再適用。因此，本文提出了三種跨連線埠補償電流檢測方法，能夠根據配電變壓器不同連線埠的電氣量信息，實現補償功率或補償電流的跨變壓器連線埠轉換。同時，針對配電網普遍存在的電壓畸變的現實情況，分析了其對三種跨連線埠補償電流檢測方法的影響。理論和仿真研究表明，DT-STATCOM採用跨連線埠i〓-i〓檢測法可以取得更為優良的整體性能。
DT-STATCOM系統是一種複雜的非線性系統，其交流輸出和直流電壓之間存在著較強的耦合關係。論文結合DT-STATCOM的運行特點，採用了前饋解耦控制策略，實現了電流內環的解耦，有效簡化了控制器的設計。脈衝觸發控制的效果直接影響著DT-STATCOM系統的動態補償性能。論文對三角載波比較、滯環電流比較和無差拍等三種典型脈衝觸發控制方法進行了對比研究，說明了滯環電流比較控制策略是最為適合的DT-STATCOM系統脈衝觸發方式。為了降低滯環比較控制中功率器件開關頻率的波動，文中對其進行了改進和最佳化，實現了變環寬準恆頻的滯環比較控制方法，有效改善了其對DT-STATCOM系統濾波環節造成的不利影響。
DT-STATCOM系統是一個交直流混合的複雜離散系統。而且其靜止無功補償單元與配電變壓器特殊的一體化結構方式，使得其動態補償過程和控制方式均與傳統無功補償裝置有著顯著的不同。為了檢驗上述DT-STATCOM設計方案和控制策略的正確性．本文構建了適合DT-STATCOM一體化結構的配電變壓器仿真模型，並利用電力系統仿真模組與S函式模組混合編程技術，實現DT-STATCOM控制系統的實時採樣計算和脈衝觸發控制。仿真結果表明，DT-STATCOM系統可實現無功功率的快速動態補償和電能質量的有效控制。
在上述理論研究和仿真分析的基礎上，研製開發了DT-STATCOM系統的動模樣機和試驗平台，開展了DT-STATCOM系統空載損耗試驗、無功補償動模試驗、諧波抑制動模試驗和系統不平衡電流補償動模試驗。動模試驗結果驗證了DT-STATCOM技術的正確性和有效性。
論文最後對課題研究進行了總結，並對下一步擬開展的主要工作進行了展望。
關鍵字：配電變壓器；靜止無功補償；一體化；跨連線埠；指令電流檢測；仿真建模；試驗樣機。
