四象限工作特性与原理

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1、四象限的工作特性与控制原理——电气1310班“六个核桃”小组电力电子研讨四象限DC—DC变换器STATCOMPWM整流器四象限的工作特性与控制原理IdUd第一象限：Ud>0,Id>0第二象限：Ud>0,Id<0第三象限：Ud<0,Id<0第四象限：Ud<0,Id>0四象限直流—直流变换器直流电机电枢绕组的反电势Ea与其励磁磁通和转速N的乘积成正比：电枢电压平衡方程为：转速高低由电枢电压的大小决定，转速方向由电枢电压的方向决定。电机的转矩方程为：转矩大小由电枢电流的大小决定，转矩方向由电枢电流的方向决定。转矩方向与电机转向相同为电动状态，反之为制动状态直流电动机的特

2、性直流电机的四象限运行四象限直流—直流变换器四象限直流—直流变换器第一、二象限运行等效电路工作模式：降压（将Vd的电压降低后送到负载）输出电压方向：正向输出电压大小：输出电流方向：正向电机运行于正向电动状态，能量由输入直流电源供向负载。(b)降压变换电路第一象限工作四象限直流—直流变换器工作模式：输出电压方向：正向输出电压大小：输出电流方向：负向电机运行于正向制动状态，能量由负载向直流输入电源回馈。升压（将负载的电压升高后向Vd回馈电能）(c)升压变换电路四象限直流—直流变换器第二象限工作四象限直流—直流变换器第三、四象限运行等效电路工作模式：降压（T3D4构成B

3、uck降压变换器）输出电压方向：反向（VAB<0）输出电压大小：输出电流方向：反向电机运行于反向电动状态，能量由直流输入电源供向负载。第三象限工作四象限直流—直流变换器工作模式：输出电压方向：正向输出电压大小：输出电流方向：反向电机运行于反向制动状态，能量由负载供向直流输入电源。升压（T4D3构成Boost升压变换器）四象限直流—直流变换器第四象限工作STATCOM静止同步补偿器（StaticSynchronouscompensatorSTATCOM）是柔性交流输电系统（FACTS）的重要设备之一，在稳定系统电压、提高功率因数、增加传送容量等方面发挥着重要的作用，

4、代表着无功补偿技术的发展方向。STATCOM的基本结构设有一个并网电压源逆变器，通过某种控制方式，在其逆变输出侧产生一个幅值可调、相位可调与电网同步的正弦电压。STATCOM的基本原理电网电压用Us表示，STATCOM电压用U1表示，则电抗器上的电压为Us和U1的差，STATCOM从电网吸收的电流用I表示。当U1>Us，　　　时，PQ电流从系统流向STATCOM且电流相位超前系统电压90°，装置输出感性无功。当不考虑等效阻抗R时：STATCOM的基本原理PQ当U1

5、s，时，系统，STATCOM之间的电流为0，装置和系统无功率交换。STATCOM的基本原理当考虑等效阻抗R时：网侧电压由于需要为电路中的损耗电阻提供有功功率即电流I中有一定的有功分量，所以网侧电压Us与电流I相差比90度小可表示为90-角。STATCOM的基本原理当STATCOM输出电压超前于系统电压时装置处于感性工作状态：PQPQＩ．因此，通过改变STATCOM的电压幅值以及以系统的相位差就能实现对STATCOM输出的有功，无功的四象限运行。STATCOM的基本原理当STATCOM输出电压滞后于系统电压时装置处于容性工作状态：STATCOM的控制方式间接电流控制

6、直接电流控制分相不对称控制模糊PI控制鲁棒非线性控制STATCOM的控制方式间接电流控制间接电流控制是指对STATCOM装置中逆变器所产生的交流电压基波的相位和幅值的控制，以此来间接控制STATCOM交流侧电流。间接电流控制分为单δ控制和δ与θ配合控制。采用单δ控制时，虽然简单有效，但忽略了对θ的控制，使得直流侧电容电压稳定困难、损耗增加。在δ与θ配合控制中，δ角的控制用于无功功率控制，而对θ角进行控制可起到维持电容电压稳定的作用。因此可对无功功率控制采用逆系统非线性PI方法，对STATCOM直流侧电容电压采用传统的PI控制方法，两个控制环互相独立，互不干扰。单δ

7、控制：分析间接电流控制以前面的容性工况的向量图举例可以证明在感性工况下STATCOM在电网中吸收的电流同样满足上式，不过此时吸收的是感性电流，δ的值是U1超前Us的角度。从上式可见δ的值与有、无功电流基波电压的幅值都是以一对应的。STATCOM的控制方式通过以上分析，我们可以得到最简单的电流间接控制方法，即将我们想要的、补偿的无功电流的参考值Iref作为指令值，通过上面的公式转换的δ的值，然后δ来控制STATCOM变流器的触发脉冲，使STATCOM交流侧输出的电流跟随参考值动态变化。其示意图和相关波形如下：在波形图中，Us为STATCOM接入点处系统的相电压，U1

8、为STAT