【正文】 可以向系統(tǒng)輸送容性無(wú)功電流。這里的晶閘管僅起開(kāi)關(guān)的作用，以替代常規(guī)電容器所配置的機(jī)械式開(kāi)關(guān)。 SR型補(bǔ)償器中，由飽和電抗器和串聯(lián)電容器組成的回路具有穩(wěn)壓的特性，能維持連接母線的電壓水平(其中的串聯(lián)電容器是用來(lái)校正飽和電抗器伏安特性的斜率)，對(duì)沖擊性負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)具有補(bǔ)償作用。 所有形式的SVC都屬于并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償原理都是通過(guò)控制晶閘管的觸發(fā)角，改變接入電網(wǎng)中的等效電納，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出無(wú)功的目的。這就導(dǎo)致SVC與靜電電容器有著同樣不可逾越的障礙，即當(dāng)電壓水平過(guò)于低下，急需無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償器的輸出反而會(huì)減少。它作為FACTS家族的重要成員得到了廣泛的研究與應(yīng)用。所謂STATCOM(或SVG)在本文中專(zhuān)指由自換相電力半導(dǎo)體橋式變流器來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置。1972年日本就發(fā)表了用強(qiáng)迫換相的晶閘管橋式電路作為調(diào)相裝置的研究論文。它的原理和控制方法與SVC有很大不同。電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置，從傳統(tǒng)的帶旋轉(zhuǎn)機(jī)械方式，到FACTS的應(yīng)用，經(jīng)歷了一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展。缺點(diǎn)：它只能補(bǔ)償感性無(wú)功，且不能連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)，電容器上的補(bǔ)償電流相應(yīng)下降，使得補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功量極具下降，系統(tǒng)電壓下降更大。缺點(diǎn)：由于其為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，因而損耗和噪聲都較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜大容量技術(shù)高，相應(yīng)速度慢，在很多情況下，已無(wú)法適應(yīng)快速無(wú)功功率控制要求。缺點(diǎn)：由于其鐵芯需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲都較大，存在一些非線性電路的特殊問(wèn)題，又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)荷的不平衡。缺點(diǎn)：在調(diào)節(jié)無(wú)功功率是不可避免的會(huì)產(chǎn)生大量諧波需要將固定電容器電感串聯(lián)構(gòu)成諧波濾波器來(lái)濾除諧波。 (5) 靜止同步補(bǔ)償器 優(yōu)點(diǎn):在提供系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，STATCOM的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同步調(diào)相機(jī)。同時(shí)使STATCOM裝置的體積減小，損耗降低。對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)行瞬時(shí)補(bǔ)償，即使系統(tǒng)電壓降低，其仍可維持最大無(wú)功電流。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。而STATCOM裝置為電壓源逆變裝置，不會(huì)產(chǎn)生諧振。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。在國(guó)外，STATCOM的研制一開(kāi)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。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，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。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。美國(guó)國(guó)家電力研究院與田納西電力局(TennesseeValley Authority，縮寫(xiě)為T(mén)VA)、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)。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。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。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)。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。(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。(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)。(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。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。(8)諧波量小。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。(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。(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。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。其次，本章還詳細(xì)介紹了STATCOM的基本類(lèi)型及其特性和優(yōu)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。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)。而在本文中的仿真模型選用的是三相多電平的模型?；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(jìn)型GTO（IGBT、MTO、ETO 等）和（HV）IGBT等器件中選擇。我國(guó)依20Mvar STATCOM和日本關(guān)西電力系統(tǒng)Inuyama 開(kāi)關(guān)站依80Mvar STATCOM 均是采用GTO 作為功率器件的。 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。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。另外可以通過(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。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(mǎn)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? 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。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(zhuān)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。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。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(shí)也是和的向量差，根據(jù)基爾霍夫電壓定律可知。因此，通過(guò)改變STATCOM交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對(duì)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(wú)功功率的性質(zhì)和大小。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。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(kāi)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(jì)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(gè)角度差，連接電抗的電流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，從而控制STATCOM從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值。從工作向量圖中看出，電壓與電流仍相差90176。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。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。當(dāng)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。當(dāng)=時(shí)，與系統(tǒng)之間不存在無(wú)功交換。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。 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。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)。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。4）快速啟動(dòng)，不需要額外的啟動(dòng)整流器?？梢钥闯觯?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)功電流和維持不變，僅受其電力半導(dǎo)體器件的電流容量限制。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。 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