【正文】 有潛力的新型電流檢測(cè)方法 [3]。此算法不受元件參數(shù)變化和電壓波形畸變的影響。 4. 自適應(yīng)諧波與無(wú)功電流檢測(cè)方法。瞬時(shí)無(wú)功功率理論突破了傳統(tǒng)功率理論在 “平均值 ”基礎(chǔ)上的功率定義，使諧波及無(wú)功電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)成為可能。 3. 瞬時(shí)無(wú)功功率理論的基本思路是 :將 abc 三相系統(tǒng)電壓、電流轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)系上的矢量，將電壓、電流矢量的點(diǎn)積定義為瞬時(shí)有功功率。 2. 基于 FFT 的采樣數(shù)字計(jì)算方法，此方法需進(jìn)行兩次 FFT 變換，約需 80ms 瞬時(shí)性誤差較大，且電壓畸變將帶來(lái)較大的非同步采樣誤差，特別是對(duì)高次諧波的檢測(cè)精度影響較大。它的缺點(diǎn)是 :因?yàn)?Fryze 功率定義是建立在平均功率基礎(chǔ)上的，所以要求的瞬時(shí)有功電流需要進(jìn)行一個(gè)周期的積分，再加其它運(yùn)算電路，要有幾個(gè) 周期延時(shí)。文中對(duì)各種檢測(cè)方法做了介紹比較，以便充分了解每一檢測(cè)法的特點(diǎn)。 STATCOM 電流檢測(cè)的幾種算法 研究無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，首先要解決無(wú)功電流的精確檢測(cè)問(wèn)題，本節(jié)對(duì)各種檢測(cè)算法予以介紹， 仿真擬采用 基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波和無(wú)功電流檢測(cè)法。 本文所討論的三相電壓型 STATCOM 最顯著的拓?fù)涮卣骶褪侵绷鱾?cè)采用電容進(jìn)行直流儲(chǔ)能，從而使它的直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性，同時(shí)在交流側(cè)有一個(gè)電感，使它具有 Boost AC/DC 變換性能以及交流側(cè)受控電流源特性。 STATCOM 的拓?fù)溥x型 本文研究的 STATCOM屬于電壓源型 PWM整流器變換電路，它有較快的響應(yīng)速度，且易于實(shí)現(xiàn)，所以目前 STATCOM 一般采用電壓源型 STATCOM。另外， STATCOM 連接電抗由于是濾除電流中高頻成分，所以電感值也不大。各相的無(wú)功能量在交流側(cè)來(lái)回往返而三相電源和負(fù)載之間沒(méi)有無(wú)功流動(dòng)，所以理論 上講 STATCOM 的橋式變流電路的直流側(cè)可以不設(shè)儲(chǔ)能元件。對(duì)于裝置中的諧波問(wèn)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(lái)進(jìn)行處理，以消除次數(shù)較低的諧波，并使較高次數(shù)的諧波電流減小到可以接受的程度，也可以通過(guò)控制策略 的優(yōu)化，在檢測(cè)無(wú)功電流的同時(shí)也檢測(cè)諧波電流，對(duì)兩者同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。 0UmaxLIImaxCIrefU 圖 STATCOM的電壓 電流特性 此外，對(duì)于那些以輸電補(bǔ)償為目的的 STATCOM 來(lái)講，如果直流側(cè)采用較大的儲(chǔ)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(shí)直流側(cè)用超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置等 )，則 STATCOM 還可以在必要時(shí)短時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定量的有功功率。因此 STATCOM 的運(yùn)行范圍比傳統(tǒng)的 SVC 大， SVC 的運(yùn)行范圍是向下收縮的三角形區(qū)域，而 STATCOM 的運(yùn)行范圍是上下等寬的近似矩形的區(qū)域。可以看出，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降，補(bǔ)償器的電壓 電流特性向下調(diào)整時(shí)， 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(wú)功電流 maxLI 和 maxCI 維持不變，僅受其電力半導(dǎo)體器件的電流容量限制。 4）快速啟動(dòng)，不需要額外的啟動(dòng)整流器。 2）具有潛在的電流保護(hù)功能，輸出電流被滯留電感所控制。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(wú)功功率可以連續(xù)的由正到負(fù)進(jìn) 行快速調(diào)節(jié)。 電流源型 STATCOM 整個(gè)電路結(jié)構(gòu)可以看成是一個(gè)可控的電流源連接在交流系統(tǒng)上，這個(gè)可控的交流電流源向系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)三相正弦交流電流，超前或之 后系統(tǒng)電壓 90 度，從而達(dá)到吸收或發(fā)出無(wú)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(wú)功）和容性狀態(tài)（發(fā)出無(wú)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(shí)， STATCOM向系統(tǒng)輸出的無(wú)功功率 Q＜ 0時(shí)，此時(shí) STATCOM 裝置相當(dāng)于電感 。因此可 以通過(guò)調(diào)節(jié) ? 和調(diào)制比 m來(lái)調(diào)節(jié) STATCOM 所發(fā)出的無(wú)功功率 [2]。當(dāng) ?CU= SU? 時(shí)，與系統(tǒng)之間不存在無(wú)功交換。當(dāng) ?CU SU? 時(shí)， STATCOM 處于超前狀態(tài)，發(fā)出無(wú)功功率，起可調(diào)電容器的作用 。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。小 ? 角， STATCOM 能夠從交流系統(tǒng)吸收有功功率，補(bǔ)償內(nèi)部損耗，維持直流電容上的電壓。從工作向量圖中看出，電壓 ?CU與電流 ?CI仍相差 90176。 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 : XR+++ SU? ?CU?CI ?LU? ??CIRCI S??L?CU?CIjX?CRI?LUS??C?CI ?CIjX (a)單相等效電路圖 (b)電流超前 (c)電流滯后 圖 STATCOM 單相等效電路圖和工作相量圖 （ 計(jì)及損耗 ） 交流系統(tǒng)連接處電壓 SU? 與逆變器電壓 ?CU不同相，存在一個(gè)角度差 ? ，連接電抗的電流 ?CI的改變是可以由其電壓來(lái)控制的，這 個(gè)電流就是 STATCOM 從電網(wǎng)吸收STATCOM 交流側(cè)輸出電壓的幅值 ?CU及其相對(duì)系統(tǒng)電壓的相位 ? ，就可以改變連接電抗上的電流 ?CI，從而控制 STATCOM 從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值。在這種情況下，只需使 ?CU和 SU? 同相位，僅改變 ?CU的幅值大小即可控制 STATCOM 從電網(wǎng)側(cè)吸收的電流 ?CI的方向和大小。因此，通過(guò)改變 STATCOM 交流側(cè)輸出電壓 ?CU的幅值及其相對(duì)于 SU? 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(wú)功功率的性質(zhì)和大小。 ?CIjX?CI ?CU ??LSU? ?CIjX?CI ?CU??LS?U jXIc???Us?Ic? a)單相等效電路 圖 b)電流超前 c)電流滯后 圖 STATCOM 單相等效電路圖和工作相量圖 （ 忽略損耗 ） 圖 22(a)中 SU? 和 ?CU，分別表示電網(wǎng)電壓和 STATCOM 輸出的交流電壓，而?LU表示為電抗器 L 上的電壓，同時(shí)也是 SU? 和 ?CU的向量差，根據(jù)基爾霍夫電壓定律可知 ??? ??LCS UUU。當(dāng)僅考慮基波頻率時(shí)， STATCOM 可以等效為一個(gè)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。因而，投入實(shí)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(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置 [16]。 ?CIjX?CI ?CU??LUSU? 圖 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(gè)電平臺(tái)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。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(wú)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(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹Ａ硗饪梢酝ㄟ^(guò)脈寬調(diào)制采用特定諧波消除的方法來(lái)消除特定諧波。在低壓配電網(wǎng)中，通過(guò)電抗器并聯(lián)或直接并聯(lián)電網(wǎng)，即 DSTATCOM。 按電壓等級(jí)，可以將 STATCOM 分為高壓輸電網(wǎng)補(bǔ)償和低壓配電網(wǎng)補(bǔ)償。我國(guó)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。基于功率變換的 FACTS 設(shè)備一般都采用全控型器件，主要是在 GTO、改進(jìn)型 GTO（ IGBT、 MTO、 ETO 等）和（ HV） IGBT 等器件中選擇。而在本文中的仿真模型選用的是三相多電平的模型。在大容量高電壓等級(jí)的應(yīng)用場(chǎng)合中，往往需要將多個(gè)低壓小容量變換器通過(guò)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(jìn)行升壓或降壓，這樣會(huì)產(chǎn)生耗能、諧波含量大、系統(tǒng) 效率低等缺點(diǎn)。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(huì)具有較廣闊的應(yīng)用前景。 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(diǎn)。 正因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)， STATCOM 作為一種新型的無(wú)功調(diào)節(jié)裝置，己經(jīng)成為現(xiàn)代無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，它已成為國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重點(diǎn)研究課題之一。 (11) STATCOM 的直流側(cè)采用較大的儲(chǔ)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(wú)功功率，還可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率。 (10) STATCOM 的端電壓對(duì)外部系統(tǒng)的運(yùn)行條件和結(jié)構(gòu)變化是不敏感的。其它型式如 SR、 TCT 等也產(chǎn)生 n 等次的諧波，這給 SVC 系統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)帶來(lái)許多困難，而 STATCOM 則可以采用橋式交流電路的多重化技術(shù)、多電平技術(shù)或 PWM 技術(shù)來(lái)進(jìn)行處理，以消除次數(shù)較低的諧波，并使較高次數(shù)如 H 等次諧波減小到可以接受的程度 。 (8)諧波量小。 STATCOM 接入電網(wǎng)的連接電抗，其作用是濾除電流中存在的較高次諧波，另外起到將變流器和電網(wǎng)這兩個(gè)交流電壓源連接起來(lái)的作用，因此所需的電感量并不大，也遠(yuǎn)小于補(bǔ)償容量相同的 TCR 等 SVC 裝置所需的電感量，如果使用降壓變壓器將 STATCOM 連入電網(wǎng)，則還可以利用降壓變壓器的漏抗，使所需的連接電抗器進(jìn)一步減小 。 (5)對(duì)電容器的容量要求不高，這樣可以省去常規(guī)裝置中的大電感和大電容及龐大的切換機(jī)構(gòu)，使 STATCOM 裝置的體積小、損耗低 。 (3)控制靈活、調(diào)節(jié)范圍廣，在感性和容性運(yùn)行工況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度可達(dá)毫秒級(jí) 。 (2)采用數(shù)字控制技術(shù)，系統(tǒng)可靠性高，基本不需要維護(hù)，可以節(jié)省大量維護(hù)費(fèi)用。它們有的安裝在輸電網(wǎng)絡(luò)中，用于潮流控制、無(wú)功補(bǔ)償和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等，有的安裝在配電網(wǎng)絡(luò)，用于改善電能質(zhì)量和提高供電可靠性 [16]。目前，清 華大學(xué)研制 50Mvar 靜止無(wú)功發(fā)生器，利用 H 橋級(jí)聯(lián)式逆變器在無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域中的應(yīng)用，使容量達(dá)到了兆乏的等級(jí)。 在我國(guó)這一領(lǐng)域的研究剛剛起步，華北電力大學(xué)曾研制出強(qiáng)迫換相的可控硅元件無(wú)功發(fā)生器實(shí)驗(yàn)裝置，東北電力大學(xué)研制了 GTO 器件的 STATCOM 實(shí)驗(yàn)裝置。以上是有關(guān) STATCOM 的實(shí)際裝置用于改善電網(wǎng)性能的介紹。美國(guó)國(guó)家電力研究院與田納西電力局 (TennesseeValley Authority，縮寫為 TVA)、西屋電氣公司合作，在 TVA 電力系統(tǒng)的 Sullivan 500kv 變電站建造了 ? 100Mvar 的 STATCOM 裝置，于1996年 10月投運(yùn)。 1980年 1 月，日本關(guān)西電力公司與三菱電機(jī)公司共同研制并投入運(yùn)行了世界上首臺(tái)STATCOM 樣機(jī)，它采用了晶閘管強(qiáng)迫換相橋式電路的電壓型逆變器，容量為 20Mvar。靜止無(wú)功發(fā)生器在 提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同步調(diào)相機(jī)及 SVC 的性能，且元件簡(jiǎn)單，體積小，控制靈活，調(diào)節(jié)范圍廣，在感性和容性運(yùn)行工況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié) .因此， STATCOM 己成為靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向，是今后柔性交流輸電系統(tǒng)FACTS 的一個(gè)重要裝置。 STATCOM 的研究現(xiàn)狀 在國(guó)外， STATCOM 的研制一開始就受到日本、美國(guó)、德國(guó)政府和單位的重視，紛紛研制出大容量的 STATCOM。 缺點(diǎn)：初始投資和運(yùn)行費(fèi)用都比較高，技術(shù)要求高，控制起來(lái)比較復(fù)雜，容量太大及由此引發(fā)的系統(tǒng)復(fù)雜問(wèn)題較多。而 STATCOM 裝置為電壓源逆變裝置，不會(huì)產(chǎn)生諧振。 SVC 本身產(chǎn)生一定量的諧波，而在 STATCOM 中，則完全可采用橋式交流電路的多重化技術(shù)、多電平技術(shù)，以消除次數(shù)較低的諧波。對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)行瞬時(shí)補(bǔ)償，即使系統(tǒng)