提高电网性能和可靠性的关键

柔流输电系统（FACTS）使用固态电力电子设备来增强控制并提高电网的电力传输性能。输电效率低下占电网能量损失的8%至9%，使用FACTS来调节电压，提高功率因数，调节谐波并稳定整个系统，可以使电网系统更好，更高效地运行。

交流功率流

静态同步补偿器（STATCOM）使用现代电力电子设备来控制通过交流（AC）传输网络的功率流，从而提高电网的稳定性和可靠性。该器件有时被称为静态同步调振器 （STATCON），充当分流器，为电流通过电路创建一条低电阻路径。这些器件属于静态VAR补偿器（SVC）类别，使用现代电力电子设备来调节电网电压。

电气负载

电路为两种类型的电气负载供电 - 无功和非无功（或电阻）负载。纯电阻负载（例如电加热器）不存储电能，并且在施加到交流电源系统时导致电压和电流之间没有相移。变压器、电机或包含电感器或电容器的电路等无功负载通过磁场和静电荷存储电能，并根据交流系统中电压和电流之间的相移表现出无功潮流。

电气系统中的功率 （P） 等于电压 V 乘以电流 I（或 P = VI，P 以瓦特为单位）。在交流网络中，电压和电流之间可能存在相位差（δ），这导致功率因数小于1。异相功率称为无功功率，称为伏安无功 （VAR），即 1930 年采用的无功功率单位。

在交流系统中，功率因数由负载使用的实际功率与电路中的视在功率之比定义 - 功率因数较低的系统在负载中具有更多的能量存储，从而降低整体传输效率。

静态 VAR 补偿器

STATCOM属于一类较大的设备，当用作FACTS电网的一部分时，称为静态VAR补偿器。SVC 连接到输电网，以通过电容器或电感器调节电压。创建STATCOM设备的关键是通用电气在1990年代开发的栅极关闭晶闸管（GTO）。

阻性和无功负载

交流电网由电阻和无功负载的组合组成，电网的电压可以使用无功功率进行调节。由于用电端电网上的负载可能每秒变化，因此需要调节器件来检测这些变化并控制系统中的无功电压量。

让我们来看看无功功率如何调节电网中的电压。回想一下，电气系统中的功率P等于电压V乘以电流I，或P = VI，因此，如果用电端的负载增加，它会从电网吸收更多的电流（I），导致电压（V）以恒定功率（P）水平下降。为了正常工作，负载还需要其额定电压。这就是无功电压发挥作用的地方。调节器件（如STATCOM）检测即将发生的压降，在电容器组中切换并增加系统中的无功电压以将负载电压提高到额定值。同样，用电端负载的降低导致无功电压分量的减少，电感被接通，从而将负载处的系统电压降低到其额定电平。

SVC 通过传输线路的降压变压器运行。电容器（TSC）和电感器（TCR）通过背靠背晶闸管切换，通过增加（TSC）或吸收（TCR）无功功率来控制电网中的电压。图片由电气工作簿提供

增加或吸收无功功率

晶闸管控制的STATCOM器件不断增加或吸收无功功率，以保持电网电压稳定。STATCOM的电压V1和电网的V2之间的相位角δ决定了电压支持对电网的贡献大小。

V1是STATCOM设备提供的电压，而V2是输电网的电压。图片由电气概念提供

在上图中，无功潮流Q的控制方程为：

[Q=Big（frac{V2}{X}Big）[V1cosdelta-V2]]

如果相位角δ=0，则有功功率的流量变为零，无功功率的流量取决于STATCOM和电网之间的电压差（V1 – V2）。这提供了两种可能性：

1.） 如果 V1 大于 V2，则无功功率从 SATCOM V1 流向电网 V2

2.） 如果 V2 大于 V1，无功功率将从电网 V2 流向 STATCOM 设备 V1

使用带有GTO晶闸管的方波逆变器的STATCOM电压源转换器（VSC）通过改变直流电容器输入电压来控制输出交流电压，这使得转换器输出电压与直流电压成正比。变压器将VSC的输出耦合到电网，中和逆变器产生的方波中包含的谐波。最近，其他高功率半导体器件，如绝缘栅双极晶体管（IGBT）和集成栅极换向晶闸管（IGCT），已经在STATCOM器件中得到了应用。

由于STATCOM的电压源由直流电容器产生，因此该器件的有功功率能力有限。但是，如果在直流电容器上连接更大规模的储能装置，允许STATCOM独立发出或吸收无功功率，则可以增加这一比例，从而进一步提高电网的可控性。

分布式能源

今天的电网看起来与过去几十年不同，因为间歇性风能和太阳能等分布式能源以及不断增加的电池储能系统增加了传统公用事业服务的可变性。维护安全、稳定和可靠的电网需要开发工具，以便对网络进行分析，并创建自动系统，以提供近乎即时的电网参数控制。基于电力电子的并联无功补偿装置（如STATCOMS）的持续发展将继续提高国家电网的性能和可靠性。