Základní princip a matematický model STATCOM

V některých případech je STATCOM také nazýváno jako ASVG (Advance Static Var Genrator) tedy jako pokročilý typ SVC. Princip je prakticky stejný akorát s širším operačním rozsahem a rychlejší odezvou na změnu. Jak je všem známo SVC je vlastně kontrolovaný kapacitor a induktor, které jsou ovládány pomocí spínaných tyristorů. U typu takových zařízení je problém, že tyristor může být vypnut pouze v případě, že proud elektrody je nulový. STATCOM je vytvořený z plně kontrolovatelných polovodičových součástek jako jsou např. GTO tyristory (Gate Turn-Off tyristory).

Úplně základní zapojení STATCOM je možné najít na obrázku pod odstavcem, což je třífázový můstek sestavený z GTO tyristorů s vlastní komutací. V ideálním případě funguje takto: Střídačem se uzavírá proud, pokud je současně sepnuta alespoň jedna součástka z katodové (V1 V3 V5) skupiny a alespoň jedna součástka z anodové skupiny (V2 V4 V6). Je nepřípustné sepnout najednou součástky jedné fáze (V1,V4 nebo V3,V6 nebo V5,V2), protože by došlo ke zkratu zdroje. Ke spínání zpětných diod dochází při reálných typech zátěží, které vždy obsahují indukčnost.

Obrázek (napěťového střídače s vlastní komutací)

Kapcitor na DC straně složí k udržení hladiny napětí ss mezi-obvodu na požadované úrovni. Ke každému GTO tyristoru je připojena zpětná dioda VR1 až VR6. Jako celek tvoří zpětné diody tzv. zpětný usměrňovač, který umožňuje usměrňovačový chod a odběr jalového výkonu zátěží. Klasická operace střídače je převádět DC napětí na AC s kontrolovatelnou amplitudou a fázovým úhlem o stejné frekvenci. Celková velikost přinášeného výkonu v symetrické 3f sytému je konstantní. Tudíž změny jalové energie probíhají uvnitř fáze namísto mezi zdrojem a zátěží. Proto zde není potřeba abychom měli jakýkoliv prvek ke skladování energie na DC straně. Pokud tedy uvažujeme střídač jako zátěž. Nicméně při interakci výkonů uprostřed harmonických produkuje malé množství jalové energie, která se mění mezi střídačem (investorem) a sítí. Kapacitor na stejnosměrné straně střídače poskytuje ss napětí a akumulaci energie.

W=1/2CU^2

Pokud není výše zmiňovaná energie uvažována jako podpora střídavého systému během dynamických změn výkonu. Hodnota kapcitoru C může být poměrně malá, kdežto jalový výkon poskytovaný STATCOM je mnohem větší než akumulovaná energie. Později bude ukázáno, že maximální jalový výkon STATCOm záleží na kapacitě střídače. Jak již bylo řečeno STATCOM nepotřebuje velké kapacitory ani induktory jako SVCObecně jsou zde tři možnosti jak kontrolovat výstupní napětí střídače:

Phase shift adjustment Pulsně šířková modulace PWM Direct DC source voltage control

Stejnosměrné napětí STATCOm je úroveň napětí na jaké je nabitý kondenzátor ne stejnosměrný zdroj! Takže phasa shift adjustment, PWM, namísto direct DC source voltage control, jsou obvykle užity pro STATCOM. Kvůli omezenému rozsahu tohoto textu zde nebudu zabíhat do podrobností. Doplnit? Šířka obdélníkové vlny výstupního napětí θ je

kontrolvána pomocí řídící elektrody (gate) GTO (velikost napětí obdélníkové vlny jestejnosměrné napětí na kapcitoru). Pomocí Furiérovy analýzy dostaneme základní frekvenci napětí na střídavé straně.

USTATCOM=kUkapcitorsinθ/2

(kde k je konstanta vázaná ke struktuře střídače, θ je regulační proměnná)

Pod odstavcem je ukázáno základní zapojení STATCOM. Zařízení musí být připojeno skrze reaktor nebo transformátor, kvůli užití voltage-bridge circuit. Připojený reaktor je potřebný ke spojení dvou nestejných napěťových zdrojů. (STATCOM a síť) Další funkce reaktoru je potlačit vyšší harmonické obsažené v proudu. Jeho indukce nemusí být velká . Reaktor na obrázku je transformáto s odpovídající rozptylovou reaktancí (leakage reaktance) nebo vazební reaktance. Rezistor r odpovídá ztrátám (vířivými proudy) mědi transformátoru nedo ztrátám STATCOM. STATCOm je reprezentováno jako ideální synchronní kondezátor. Požívající napětí sítě jako referenční vektor, (Fundamentals frequency component) prvek základní frekvence výstupu střídače (invertoru) je USTATCOM a zpožďující se fázový úhle je δ. S y=1/odmocnina ( r2+x2), α=arctg r/x dostaneme činný výkon spotřebovaný střídačem jako

P=USUSTATCOMysin(δ+α)-U2STATCOMysinα