如圖1所示，STATCOM的主電路結(jié)構(gòu)由直流側(cè)大電容和基于電力電子器件的VSI組成，通過(guò)連接電抗接入電力系統(tǒng)。圖中，U1是在理想情況下(即忽略線路及STATCOM的損耗)將STATCOM的輸出等效為一個(gè)可控電壓源，US是系統(tǒng)側(cè)等效成的理想電壓源，且兩者相位一致。當(dāng)U1躍US時(shí)，從系統(tǒng)流向STATCOM的電流相位超前系統(tǒng)電壓90毅，輸出容性無(wú)功;同樣當(dāng)U1約US時(shí)，從系統(tǒng)流向STATCOM的電流滯后系統(tǒng)電壓90毅，輸出感性無(wú)功。當(dāng)U1=US時(shí)，系統(tǒng)與STATCOM之間的電流為零，兩者之間沒(méi)有無(wú)功的交換。這是在理想情況下的工作狀態(tài)，事實(shí)上，US和U1一般具有一個(gè)角度差啄，通過(guò)控制US和啄就可以調(diào)節(jié)STATCOM發(fā)出或吸收無(wú)功的大小。
　　2.2STATCOM的分類
　　從理論上可以將STATCOM分為電壓源型和電流源型。就其電路結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，電壓源型STATCOM直流側(cè)并聯(lián)有大電容，保證在持續(xù)充放電或器件換向過(guò)程電壓不會(huì)發(fā)生很大的變化，橋側(cè)串聯(lián)電感，而電流源型STATCOM則是直流側(cè)串聯(lián)大電感，保證在器件換向或充放電器件電流不會(huì)有大的波動(dòng)，橋側(cè)并聯(lián)電感。如圖2所示。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，常用的大容量STATCOM采用的基本都是電壓源型結(jié)構(gòu)。但是可以將SVG控制為電流源來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償[2-3]。文獻(xiàn)[4]提出了一種新的STATCOM控制策略即采用電壓控制電流源(VCCS)的策略和改進(jìn)的電壓控制電壓源(VCVS)的策略來(lái)補(bǔ)償電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)(PointofCommonCoupling，PCC)電壓不平衡，特別是在較小容量時(shí)采用VCCS方式將能達(dá)到最好的補(bǔ)償效果。
　　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(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)。而多電平變換器開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力小(如三電平變換器每個(gè)開(kāi)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(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

　　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。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。國(guó)際上第一個(gè)采用GTO作為逆變器功率器件的STATCOM，是由美國(guó)EPRI與西屋電氣公司研制的，容量依1Mvar。我國(guó)依20MvarSTATCOM和日本關(guān)西電力系統(tǒng)Inuyama開(kāi)關(guān)站依80MvarSTATCOM均是采用GTO作為功率器件的。IGBT適用于小容量場(chǎng)合，由ABB公司研制的配電STATCOM(DistributionSTATCOM，D-STATCOM)，開(kāi)關(guān)器件采用多個(gè)IGBT串聯(lián)。
　　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。在高壓輸電網(wǎng)中STATCOM需要通過(guò)變壓器連接到電網(wǎng)中。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D-STATCOM。D-STATCOM的基本工作原理就是將橋式電路通過(guò)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(wú)功電流，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功的目的。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。
　　3控制方式
　　根據(jù)控制物理量，可以分為直接電流控制和間接電流控制。直接電流控制技術(shù)就是采用跟蹤性PWM控制技術(shù)對(duì)電流波形的瞬時(shí)值進(jìn)行反饋控制，直接指令電流的發(fā)生，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電流調(diào)節(jié)響應(yīng)快，對(duì)擾動(dòng)的魯棒性好，但是只適用于中小容量場(chǎng)合，對(duì)于大容量場(chǎng)合具有很大的局限性。間接電流控制，是通過(guò)STATCOM逆變器交流電壓極薄的幅值和相位，來(lái)間接控制交流側(cè)電流，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但動(dòng)態(tài)性能欠佳，適用于大容量STATCOM。
　　為了減少諧波，在間接電流控制中可以采用多重化、多電平或者PWM技術(shù)來(lái)改善波形。
　　STATCOM裝置主電路設(shè)計(jì)的多重化和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)是提高容量的常用技術(shù)。多重化結(jié)構(gòu)就是用幾個(gè)單相或三相逆變器產(chǎn)生相位相差若干度的方波電壓，用變壓器將不同相位的方波電壓串聯(lián)在一起，可以有效的提高容量與電壓，減少諧波，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題，諸如價(jià)格昂貴，增加了裝置損耗和占地面積，并且變壓器的鐵磁非線性特性也給設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難。由ALSTOM公司為英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司研制的依75MvarSTATCOM采用了新型鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，摒棄了笨重的多重化變壓器。鏈?zhǔn)絊TATCOM各逆變橋直流電容器是相互獨(dú)立的，存在電容電壓不平衡問(wèn)題，混合型損耗差異、并聯(lián)型損耗差異以及輸入脈沖延時(shí)的不同是造成電容電壓不平衡的主要原因。通過(guò)調(diào)節(jié)逆變橋與系統(tǒng)間的相位差，通過(guò)調(diào)節(jié)各逆變橋調(diào)制比都可以實(shí)現(xiàn)電容電壓平衡。圖3和圖4分別是鏈?zhǔn)胶投嘀鼗Y(jié)構(gòu)的原理圖。

　　從控制策略上講可以分為開(kāi)環(huán)控制，閉環(huán)控制，以及這兩種的混合控制。通常從控制上講是電壓環(huán)以及電流環(huán)。文獻(xiàn)中STATCOM的控制是基于SVPWM的電壓電流雙環(huán)控制，利用鎖相環(huán)(PLL)和低通濾波器(LPF)檢測(cè)負(fù)載電流中無(wú)功電流的大小，通過(guò)dq變換實(shí)現(xiàn)STATCOM無(wú)功電流和有功電流在dq平面的解耦控制。同時(shí)，直流電壓外環(huán)控制器輸出耦合到有功電流控制環(huán)路實(shí)現(xiàn)直流電壓穩(wěn)壓控制。
　　從控制技術(shù)角度來(lái)說(shuō)有PI控制方法，PI逆控制方法，魯棒自適應(yīng)控制，遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)，滑模變結(jié)構(gòu)，模糊控制方法。其中魯棒自適應(yīng)控制方法，模糊控制系數(shù)選擇困難;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)方法不依賴于系統(tǒng)模型的建立，但實(shí)時(shí)性不好;滑模變結(jié)構(gòu)線性化困難。在實(shí)際應(yīng)用中還是以傳統(tǒng)的PI控制居多。文獻(xiàn)[14]提出了一種無(wú)源性控制(PBC)方法，建立了STATCOM的歐拉—拉格朗日系統(tǒng)模型，引入非線性規(guī)劃的變尺度法進(jìn)行優(yōu)化。
　　為了達(dá)到更好的補(bǔ)償效果，可以將傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置與STATCOM聯(lián)合運(yùn)行控制，從而避免STATCOM為了獲得理想的輸出電流波形，致使開(kāi)關(guān)器件隨著補(bǔ)償電流增大，開(kāi)關(guān)損耗增加，效率降低的問(wèn)題?；旌响o止同步無(wú)功補(bǔ)償器(HSTATCOM)，基于無(wú)差拍控制(根據(jù)其狀態(tài)方程和輸出無(wú)功電流的預(yù)期值計(jì)算出下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的脈沖寬度)，利用有源與無(wú)源補(bǔ)償相結(jié)合的方法，無(wú)源部分使用TSC作為主要補(bǔ)償手段，不產(chǎn)生諧波，損耗小;利用有源補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償電流的連續(xù)調(diào)節(jié)，可以雙向連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功。文獻(xiàn)提出了一種新型SVC與STATCOM構(gòu)成的混雜裝置以及基于模糊預(yù)測(cè)的聯(lián)合運(yùn)行方案，即利用小容量STATCOM抑制閃變配合大容量SVC補(bǔ)償無(wú)功，避免了STATCOM采用不對(duì)稱控制時(shí)出現(xiàn)的算法復(fù)雜等問(wèn)題。聯(lián)合控制運(yùn)行方式算法簡(jiǎn)便，控制目的明確，但其結(jié)構(gòu)可能復(fù)雜，所以在特定領(lǐng)域?qū)?huì)得到發(fā)展。
　　4應(yīng)用及現(xiàn)狀
　　STATCOM概念于20世紀(jì)80年代提出，實(shí)際應(yīng)用主要集中在90年代，主要應(yīng)用的有日本的依80Mvar(1991年)，美國(guó)的100Mvar(1995年)，丹麥基于4500/3000AGTO的依8Mvar(1997年)的STATCOM。由于STATCOM技術(shù)含量較高，掌握并應(yīng)用這一技術(shù)的主要有日本、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、中國(guó)等國(guó)家。我國(guó)首臺(tái)依20Mvar的STATCOM是由清華大學(xué)與河南省電力局在1994—1999年共同研制，已于1999年3月在河南省洛陽(yáng)市朝陽(yáng)變電站投入運(yùn)行。對(duì)于這一技術(shù)，在2007年由湖南大學(xué)的羅安等人就基于STATCOM與SVC的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器協(xié)調(diào)控制方法、由郭育華等人就STATCOM的控制方法申請(qǐng)了國(guó)家專利。

　　STATCOM的應(yīng)用工程通常具有：在電力半導(dǎo)體器件選用上，絕大多數(shù)是基于GTO和IGBT的;在主電路上，大容量高壓STATCOM主要采用變壓器耦合多重化技術(shù)，中低容量和電壓的DSATCOM較多采用三電平和/或PWM變換器;基本采用VSC;系統(tǒng)控制目標(biāo)多樣化;大容量STATCOM多采用水冷方式等特點(diǎn)。
　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自第一臺(tái)大容量STATCOM裝置問(wèn)世以來(lái)，全世界已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的大容量(10MVar及以上)STATCOM工程超過(guò)20個(gè)，總的可控容量超過(guò)3000Mvar。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，屬于FACTS范疇;有的安裝在配電和用電網(wǎng)絡(luò)，用于改善電能質(zhì)量和提高供電可靠性，屬于用戶電力范疇，即用戶電力控制器的D-STATCOM。表1給出了部分工程應(yīng)用的基本情況，說(shuō)明了自STATCOM問(wèn)世以來(lái)的發(fā)展情況，這只是一少部分，可以看到，STATCOM主電路從最初的開(kāi)關(guān)器件耦合，逐步發(fā)展為多個(gè)開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)使用，結(jié)合VSI，采用NPC結(jié)構(gòu)，并且用PWM進(jìn)行控制，從而使STATCOM裝置具有更加穩(wěn)定與優(yōu)良的性能。
　　5結(jié)語(yǔ)
　　靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)得到了飛速的發(fā)展，多重化和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)應(yīng)用于大容量STATCOM是國(guó)際上廣泛關(guān)注的技術(shù)，但是要解決好器件的均壓和不平衡控制等問(wèn)題。大容量高電壓的靜止同步補(bǔ)償器仍是今后研究的重點(diǎn)，另外新的功率模塊如IPM的研究開(kāi)發(fā)將會(huì)為STATCOM技術(shù)帶來(lái)新的生機(jī)。STATCOM是柔性交流輸電系統(tǒng)的核心，有效的無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著重要的意義。

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