静止同步补偿器技术的简介和工作原理及其控制方式和应用现状

1概述

静止同步补偿器(StaticSynchronousCompensator，STATCOM)是柔性交流输电系统(FlexibleACTransmissionSystem，FACTS)的核心装置和核心技术之一。在此之前，又称ASVG、SVG、STATCON、ASVC，直至1995年国际高压大电网会议与电力、电子工程师学会建议采用静止同步补偿器(STATCOM)。

静止同步补偿器采用新一代的电力电子器件，如：门极可关断晶闸管(GTO)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，集成门极换向晶闸管(IGCT)，并且采用现代控制技术，其在电力系统中的作用是补偿无功，提高系统电压稳定性，改善系统性能。与传统的无功补偿装置相比，STATCOM具有调节连续，谐波小，损耗低，运行范围宽，可靠性高，调节速度快等优点，自问世以来，便得到了广泛关注和飞速发展。

我国电力工业发展迅速，其需求将保持持续、快速的增长态势而且需求规模在增大，当前我国电力事业可靠性要求高、实用性强;经济效益突出;节能，环保、高效成为主要趋势。STATCOM的广泛应用使得电力系统更加稳定高效，符合当今社会电力工程发展趋势。

2STATCOM的工作原理

2.1基本工作原理

STATCOM大体上分为电压源型和电流源型，在实际应用中大多使用电压源型(采用电压型变换器Voltage-sourcedinverter，VSI)。图1用以简单说明基于VSI的STATCOM的工作原理。

如图1所示，STATCOM的主电路结构由直流侧大电容和基于电力电子器件的VSI组成，通过连接电抗接入电力系统。图中，U1是在理想情况下(即忽略线路及STATCOM的损耗)将STATCOM的输出等效为一个可控电压源，US是系统侧等效成的理想电压源，且两者相位一致。当U1跃US时，从系统流向STATCOM的电流相位超前系统电压90毅，输出容性无功;同样当U1约US时，从系统流向STATCOM的电流滞后系统电压90毅，输出感性无功。当U1=US时，系统与STATCOM之间的电流为零，两者之间没有无功的交换。这是在理想情况下的工作状态，事实上，US和U1一般具有一个角度差啄，通过控制US和啄就可以调节STATCOM发出或吸收无功的大小。

2.2STATCOM的分类

从理论上可以将STATCOM分为电压源型和电流源型。就其电路结构来说，电压源型STATCOM直流侧并联有大电容，保证在持续充放电或器件换向过程电压不会发生很大的变化，桥侧串联电感，而电流源型STATCOM则是直流侧串联大电感，保证在器件换向或充放电器件电流不会有大的波动，桥侧并联电感。如图2所示。

在实际应用中，常用的大容量STATCOM采用的基本都是电压源型结构。但是可以将SVG控制为电流源来进行无功补偿[2-3]。文献[4]提出了一种新的STATCOM控制策略即采用电压控制电流源(VCCS)的策略和改进的电压控制电压源(VCVS)的策略来补偿电力系统公共连接点(PointofCommonCoupling，PCC)电压不平衡，特别是在较小容量时采用VCCS方式将能达到最好的补偿效果。

按构成基本单元逆变器模块，可以将STATCOM分为单相桥二电平，三相桥二电平，三相桥多电平。在大容量高电压等级的应用场合中，往往需要将多个低压小容量变换器通过变压器耦合(即多重化)或采用变压器在交流输入输出侧进行升压或降压，这样会产生耗能、谐波含量大、系统效率低等缺点。而多电平变换器开关器件所承受的电压应力小(如三电平变换器每个开关器件所承受的电压应力是二电平的一半)，谐波含量少，损耗降低，因此在大容量场合得到广泛应用和发展。

按构成元器件，可以将STATCOM分为GTO型，IGBT型，IGCT型，SCR型，GTR型，MOSFET型。基于功率变换的FACTS设备一般都采用全控型器件，主要是在GTO、改进型GTO(IGBT、MTO、ETO等)和(HV)IGBT等器件中选择。国际上第一个采用GTO作为逆变器功率器件的STATCOM，是由美国EPRI与西屋电气公司研制的，容量依1Mvar。我国依20MvarSTATCOM和日本关西电力系统Inuyama开关站依80MvarSTATCOM均是采用GTO作为功率器件的。IGBT适用于小容量场合，由ABB公司研制的配电STATCOM(DistributionSTATCOM，D-STATCOM)，开关器件采用多个IGBT串联。

按电压等级，可以将STATCOM分为高压输电网补偿和低压配电网补偿。在高压输电网中STATCOM需要通过变压器连接到电网中。在低压配电网中，通过电抗器并联或直接并联电网，即D-STATCOM。D-STATCOM的基本工作原理就是将桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上，适当调节电路交流侧输出电压的幅值或相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路系统收获发出满足要求的无功电流，从而实现动态补偿无功的目的。另外可以通过脉宽调制采用特定谐波消除的方法来消除特定谐波。

3控制方式