【文章內(nèi)容簡介】 M中的電容器容量小，在網(wǎng)絡(luò)中普遍使用也不會產(chǎn)生諧振，而使用SVC或固定電容器補償，如果系統(tǒng)安裝臺數(shù)較多，有可能會導(dǎo)致系統(tǒng)諧振的產(chǎn)生。(10) STATCOM的端電壓對外部系統(tǒng)的運行條件和結(jié)構(gòu)變化是不敏感的。當(dāng)外部系統(tǒng)容量與補償裝置容量可比時，SVC將會變得不穩(wěn)定，而STATCOM仍然可以保持穩(wěn)定，即輸出穩(wěn)定的系統(tǒng)電壓。(11) STATCOM的直流側(cè)采用較大的儲能電容，或者其它直流電源(如蓄電池組)后，它不僅可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率，還可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率。這對于電力網(wǎng)來說是非常有益的，這是SVC裝置所不能比擬的。正因為上述優(yōu)點，STATCOM作為一種新型的無功調(diào)節(jié)裝置，己經(jīng)成為現(xiàn)代無功補償裝置的發(fā)展方向，它已成為國內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重點研究課題之一。本章首先介紹了無功補償?shù)囊饬x，無功補償裝置的發(fā)展情況，并比較了新型靜止無功發(fā)生器STATCOM與SVC的區(qū)別，列舉了STATCOM的各個優(yōu)點，并介紹了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀等內(nèi)容，論述了進行課題研究的意義。其次，本章還詳細(xì)介紹了STATCOM的基本類型及其特性和優(yōu)點。STATCOM逆變器的主電路基本類型有兩種，實際工業(yè)應(yīng)用中多采用電壓型逆變器VS1，而電流型逆變器則采用較少，主要原因在于其直流側(cè)采用電感儲能，逆變器損耗大、成本高、效率低。但是，隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展，電流型逆變器將會具有較廣闊的應(yīng)用前景。2 STATCOM的分類及工作原理 STATCOM的分類按構(gòu)成基本單元逆變器模塊，可以將STATCOM 分為單相橋二電平，三相橋二電平，三相橋多電平。在大容量高電壓等級的應(yīng)用場合中，往往需要將多個低壓小容量變換器通過變壓器耦合（即多重化）或采用變壓器在交流輸入輸出側(cè)進行升壓或降壓，這樣會產(chǎn)生耗能、諧波含量大、系統(tǒng)效率低等缺點。而多電平變換器開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力?。ㄈ缛娖阶儞Q器每個開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力是二電平的一半），諧波含量少，損耗降低，因此在大容量場合得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。而在本文中的仿真模型選用的是三相多電平的模型。按構(gòu)成元器件，可以將STATCOM 分為GTO型，IGBT 型，IGCT 型，SCR 型，GTR 型，MOSFET型?；诠β首儞Q的FACTS 設(shè)備一般都采用全控型器件，主要是在GTO、改進型GTO（IGBT、MTO、ETO 等）和（HV）IGBT等器件中選擇。國際上第一個采用GTO 作為逆變器功率器件的STATCOM，是由美國EPRI 與西屋電氣公司研制的，容量依1Mvar。我國依20Mvar STATCOM和日本關(guān)西電力系統(tǒng)Inuyama 開關(guān)站依80Mvar STATCOM 均是采用GTO 作為功率器件的。IGBT 適用于小容量場合，由ABB公司研制的配電STATCOM（Distribution STATCOM，DSTATCOM），開關(guān)器件采用多個IGBT串聯(lián)。 按電壓等級，可以將STATCOM 分為高壓輸電網(wǎng)補償和低壓配電網(wǎng)補償。在高壓輸電網(wǎng)中STATCOM需要通過變壓器連接到電網(wǎng)中。在低壓配電網(wǎng)中，通過電抗器并聯(lián)或直接并聯(lián)電網(wǎng)，即DSTATCOM。DSTATCOM的基本工作原理就是將橋式電路通過電抗器或直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)電路交流側(cè)輸出電壓的幅值或相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路系統(tǒng)收獲發(fā)出滿足要求的無功電流，從而實現(xiàn)動態(tài)補償無功的目的。另外可以通過脈寬調(diào)制采用特定諧波消除的方法來消除特定諧波。 STATCOM的基本原理STATCOM 的工作狀況是建立在一個靜止的同步電壓源基礎(chǔ)之上。其工作原理就是將自換相橋式電路經(jīng)電抗串聯(lián)與電網(wǎng)相連，根據(jù)輸入系統(tǒng)的無功功率和有功功率的指令，調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足系統(tǒng)所要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹＃?） 電壓源型STATCOM電壓源型STATCOM是一種將直流電壓通過可控開關(guān)管變換為大小和頻率均可調(diào)的三相交流電壓的裝置，其結(jié)構(gòu)圖如圖21 所示(電壓型STATCOM ).其主電路由三個橋臂構(gòu)成的橋式電路，每個橋臂上下兩組均由一個IGBT 管子與一個反并聯(lián)的二極管構(gòu)成。 電壓型STATCOM結(jié)構(gòu)圖基于本文討論的STATCOM是電壓型STATCOM，一般是由幾個電平臺階合成階梯波以逼近正弦波，諧波少，因此不需要另加濾波電路。而基于電流型逆變器CSI的STATCOM在諧波電流消除方面有很大困難，現(xiàn)有的半導(dǎo)體開關(guān)器件的開關(guān)頻率限制了電流脈寬調(diào)制波的頻率，導(dǎo)致一些低階諧波電流產(chǎn)生。因而，投入實用的STATCOM大都采用電壓型橋式電路，本文中的STATCOM專指采用自換相的電壓型橋式電路作動態(tài)無功補償?shù)难b置。由于STATCOM正常工作時就是通過電力半導(dǎo)體開關(guān)器件的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個電壓型逆變器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負(fù)載，而是電網(wǎng)。當(dāng)僅考慮基波頻率時，STATCOM可以等效為一個幅值和相位均可以控制的與電網(wǎng)電壓同頻率的交流電壓源。因此，在忽略其損耗時，(a)所示的單相等效電路圖來表示。a)單相等效電路圖 b)電流超前 c)電流滯后 STATCOM單相等效電路圖和工作相量圖（忽略損耗） 圖22(a)中和，分別表示電網(wǎng)電壓和STATCOM輸出的交流電壓，而表示為電抗器上的電壓，同時也是和的向量差，根據(jù)基爾霍夫電壓定律可知。連接電抗器的電流就是STATCOM從電網(wǎng)側(cè)吸收的電流，可以由其電壓來控制。因此，通過改變STATCOM交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制STATCOM從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了STATCOM吸收無功功率的性質(zhì)和大小。，將連接電抗器視為純電感，不考慮其損耗和變換器的損耗，因此不必從電網(wǎng)吸收能量。在這種情況下，只需使和同相位，僅改變的幅值大小即可控制STATCOM從電網(wǎng)側(cè)吸收的電流的方向和大小。(b)所示，當(dāng)時，電流超前電壓，STATCOM吸收容性的無功功率；(c)所示，當(dāng)時，電流滯后電壓，STATCOM吸收感性的無功功率。當(dāng)考慮到連接電抗器的損耗和變流器自身的損耗(如線路損耗、開關(guān)損耗、管壓降等)，并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮，則其單相等效電路圖和工作相量圖如圖23所示:(a)單相等效電路圖 (b)電流超前 (c)電流滯后 STATCOM單相等效電路圖和工作相量圖（計及損耗） 交流系統(tǒng)連接處電壓與逆變器電壓不同相，存在一個角度差，連接電抗的電流的改變是可以由其電壓來控制的，這個電流就是STATCOM從電網(wǎng)吸收STATCOM交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對系統(tǒng)電壓的相位，就可以改變連接電抗上的電流，從而控制STATCOM從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值。也就控制了STATCOM輸出無功功率的大小和性質(zhì)。從工作向量圖中看出，電壓與電流仍相差90176。，而電網(wǎng)電壓與電流的相差比90176。小角，STATCOM能夠從交流系統(tǒng)吸收有功功率，補償內(nèi)部損耗，維持直流電容上的電壓。在動態(tài)過程中，改變角使逆變器內(nèi)部電容器充電或放電，電容上的電壓發(fā)生變化，逆變器輸出電壓幅值也發(fā)生變化。僅調(diào)節(jié)調(diào)制比m電容電壓不變，但是交流輸出電壓幅值也發(fā)生變化。這兩種方法都可以調(diào)節(jié)逆變器電壓。當(dāng)時，STATCOM處于超前狀態(tài)，發(fā)出無功功率，起可調(diào)電容器的作用。當(dāng)時，STATCOM處于滯后狀態(tài)，吸收無功功率，起可調(diào)電抗器的作用。當(dāng)=時，與系統(tǒng)之間不存在無功交換。從而改變STATCOM輸出無功功率的大小和性質(zhì)。因此可以通過調(diào)節(jié)和調(diào)制比m來調(diào)節(jié)STATCOM所發(fā)出的無功功率。（2）電流源型STATCOM，直流側(cè)為儲能電感，逆變器由多個逆變橋串聯(lián)或并聯(lián)而成，其功能是向系統(tǒng)產(chǎn)生一個三相的交流電流。 整個電路結(jié)構(gòu)可以看成是一個可控的電流源連接在交流系統(tǒng)上，這個可控的交流電流源向系統(tǒng)產(chǎn)生一個三相正弦交流電流，超前或之后系統(tǒng)電壓90度，從而達到吸收或發(fā)出無功的目的，因此電流源型STATCOM有兩種工作狀態(tài)：感性狀態(tài)（吸收無功）和容性狀態(tài)（發(fā)出無功），當(dāng)控制STATCOM裝置產(chǎn)生的電流i超前系統(tǒng)電壓δ角時，STATCOM向系統(tǒng)輸出的無功功率Q＜0時，此時STATCOM裝置相當(dāng)于電感。當(dāng)控制STATCOM裝置產(chǎn)生的電流i之后系統(tǒng)電壓δ角時，STATCOM向系統(tǒng)輸出的無功功率Q＞0，此時STATCOM裝置相當(dāng)于電容。由于STATCOM裝置產(chǎn)生的電流i的大小可以連續(xù)快速的控制，因此STATCOM吸收的無功功率可以連續(xù)的由正到負(fù)進行快速調(diào)節(jié)。與電壓源型STATCOM相比，電流源型STATCOM具有如下優(yōu)點：1）直接控制變換器的輸出電流。2）具有潛在的電流保護功能，輸出電流被滯留電感所控制。3）由于其單方向轉(zhuǎn)換特性和潛在的電流保護功能使其具有高可靠性。4）快速啟動，不需要額外的啟動整流器。 STATCOM的工作特性根據(jù)上一節(jié)對STATCOM工作原理的分析，可得其電壓一電流特性。可以看出，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降，補償器的電壓電流特性向下調(diào)整時，STATCOM可以調(diào)整其變流器交流側(cè)電壓的幅值和相位，以使其所能提供的最大無功電流和維持不變，僅受其電力半導(dǎo)體器件的電流容量限制。而對傳統(tǒng)的SVC，由于其所能提供的最大電流分別受其并聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器的阻抗特性限制，因而隨著電壓的降低而減小。因此STATCOM的運行范圍比傳統(tǒng)的SVC大，SVC的運行范圍是向下收縮的三角形區(qū)域，而STATCOM的運行范圍是上下等寬的近似矩形的區(qū)域。這是STATCOM優(yōu)越于傳統(tǒng)SVC的一大特點。 STATCOM的電壓電流特性此外，對于那些以輸電補償為目的的STATCOM來講，如果直流側(cè)采用較大的儲能電容，或者其它直流電源(如蓄電池組，采用電流型變流器時直流側(cè)用超導(dǎo)儲能裝置等)，則STATCOM還可以在必要時短時間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定量的有功功率。這對于電力系統(tǒng)來說是非常有益的，也是傳統(tǒng)的SVC裝置所望塵莫及的。對于裝置中的諧波問題，STATCOM可以采用橋式變流電路的多重化技術(shù)或PWM技術(shù)來進行處理，以消除次數(shù)較低的諧波，并使較