0概述
電能質(zhì)量一般是指電壓或電流的幅值、頻率、波形等參量距規(guī)定值的偏差。歷史上，電力系統(tǒng)中許多機(jī)電 設(shè)備都能在上述參量相對(duì)較大的變化范圍內(nèi)正常地工作。但是在近5～10年，隨著高新技術(shù)尤其是信息技 術(shù)的飛速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)、微處理器控制的用電設(shè)備和電力電子設(shè)備在系統(tǒng)中大量投入使用，他們對(duì)系 統(tǒng)干擾比機(jī)電設(shè)備更加敏感，因此對(duì)供電質(zhì)量的要求也更高。一旦出現(xiàn)電能質(zhì)量問題，輕則造成設(shè)備故障 或停運(yùn)，重則造成整個(gè)系統(tǒng)的損壞，由此帶來的損失是難以估量的。另一方面，大量為提高生產(chǎn)效率、節(jié) 約能源和減小環(huán)境污染而采用的基于電力電子技術(shù)的現(xiàn)代化設(shè)備正成為產(chǎn)生電能質(zhì)量問題的主要來源。以 電氣化鐵路機(jī)車牽引式負(fù)荷為例，他屬于整流負(fù)荷，是典型的諧波源；他采用工頻單相式交流供電，又是 典型的負(fù)序源；同時(shí)他又具有波動(dòng)性和不確定性，是典型的電壓波動(dòng)源和閃變?cè)础Ｆ胀ㄓ脩糁写罅渴褂玫?開關(guān)式電源，公共照明系統(tǒng)中熒光照明負(fù)荷正逐漸成為配電系統(tǒng)中主要的諧波源和波動(dòng)源?？梢哉f，在這 些新技術(shù)成功解決實(shí)際生活環(huán)境中的污染問題的同時(shí)，如不加防范則會(huì)造成電力系統(tǒng)中新的污染問題。因 此，現(xiàn)代社會(huì)的電能質(zhì)量問題具有一系列新的特點(diǎn)。
1.1　負(fù)荷側(cè)對(duì)電能質(zhì)量的污染呈增長(zhǎng)趨勢(shì)
多年來電能質(zhì)量問題主要來源于系統(tǒng)側(cè)，包括系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)改變，如電源投入、有計(jì)劃的無功補(bǔ)償電 容器組的投入/切除、大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)等；非正常的系統(tǒng)狀態(tài)改變?nèi)缦到y(tǒng)元件故障，人員誤操作等將給系 統(tǒng)帶來較大的沖擊；自然環(huán)境中的雷擊、大風(fēng)和雨雪天氣也會(huì)造成相應(yīng)的電能質(zhì)量問題。而近年來，用戶 端大量非線性負(fù)荷的應(yīng)用正成為電能質(zhì)量惡化的重要因素。例如從低壓小容量家用電器到高壓大容量的工 業(yè)交直流變換裝置中存在的各種靜止變流器，它是以開關(guān)方式工作的，會(huì)引起電網(wǎng)電流、電壓波形的畸變 。大型電弧式設(shè)備，如電弧熔爐，弧焊設(shè)備等，也成為重要的沖擊源和諧波源。一個(gè)值得注意的問題是為 了減少重要設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量問題的敏感度，設(shè)備制造商努力進(jìn)行設(shè)備的升級(jí)和改進(jìn)，用戶則采用各種保護(hù) 性裝置，而這些改進(jìn)措施和保護(hù)裝置常常顧此失彼，對(duì)公共供電的電能質(zhì)量造成更大的危害。一些信息設(shè) 備和公用設(shè)備的諧波含量[1]見表1。
1.2　電能質(zhì)量問題的內(nèi)涵發(fā)生了較大改變
交流輸電功率包括有功功率和無功功率。在有功功率不變的情況下，無功功率越大就會(huì)使功率因數(shù)降低， 視在功率增大，從而需要增大發(fā)、輸、配電設(shè)備的容量，增加投資和電力損耗費(fèi)用；使輸電線路電壓降變 大，不利于有功電力的輸送與合理應(yīng)用。但如果無功儲(chǔ)備不足將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓水平降低，沖擊性的無功 功率負(fù)載還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈的波動(dòng)，惡化電網(wǎng)的供電質(zhì)量。對(duì)于給定的有功分布，要想使無功潮流最小 以減少系統(tǒng)的損耗，就要求對(duì)無功功率的流向與轉(zhuǎn)移進(jìn)行很好的控制。
隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，對(duì)無功功率進(jìn)行控制與補(bǔ)償?shù)闹匾耘c日俱增：① 輸電網(wǎng)絡(luò)對(duì)運(yùn)行效率的要求日 益提高，為了有效利用輸變電容量，應(yīng)對(duì)無功進(jìn)行就地補(bǔ)償；② 電源（尤其水電）遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，遠(yuǎn)距 離的輸電需要靈活調(diào)控?zé)o功以支撐解決穩(wěn)定性及電壓控制問題；③ 配電網(wǎng)中存在大量的電感性負(fù)載，在 運(yùn)行中消耗大量無功，使得配電系統(tǒng)損耗大大增加；④ 直流輸電系統(tǒng)要求在換流器的交流側(cè)進(jìn)行無功控 制；⑤ 用戶對(duì)于供電電能質(zhì)量的要求日益提高。因此，對(duì)電網(wǎng)的無功進(jìn)行就地補(bǔ)償，尤其是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償， 在輸配電系統(tǒng)中十分必要。
1無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展
電力系統(tǒng)中，常見的無功控制方法有同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器和靜止無功補(bǔ)償 裝置等，這里主要討論靜止無功補(bǔ)償裝置。
靜止無功補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)歷了3代：第1代為機(jī)械式投切的無源補(bǔ)償裝置，屬于慢速無功補(bǔ)償裝置，在電力系統(tǒng) 中應(yīng)用較早，目前也仍在應(yīng)用；第2代為晶閘管投切的靜止無功補(bǔ)償器（SVC），屬無源、快速動(dòng)態(tài)無功補(bǔ) 償裝置，出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，國(guó)外應(yīng)用普遍，我國(guó)目前有一定應(yīng)用，主要用于配電系統(tǒng)中，輸電網(wǎng)中應(yīng) 用很少；第3代為基于電壓源換流器的靜止同步補(bǔ)償器（Static synchronous Compensator ，STATCOM） ，亦稱ASVG，屬快速的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，國(guó)外從20世紀(jì)80年代開始研究，90年代末得到較廣泛的應(yīng)用， 我國(guó)的STATCOM示范應(yīng)用工程在河南省。
早期的無功補(bǔ)償裝置主要是無源裝置，方法是在系統(tǒng)母線上并聯(lián)或者在線路中串聯(lián)一定容量的電容器或者 電抗器。這些補(bǔ)償措施改變了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，特別是改變了波阻抗、電氣距離和系統(tǒng)母線上的輸入阻抗。無源 裝置使用機(jī)械開關(guān)，它不具備快速性、反復(fù)性、連續(xù)性的特點(diǎn)，因而不能實(shí)現(xiàn)短時(shí)糾正電壓升高或降落的 功能。
20世紀(jì)70年代以來，以晶閘管控制的電抗器（TCR）、晶閘管投切的電容器（TSC）以及二者的混合裝置（ TCR+TSC）等主要形式組成的靜止無功補(bǔ)償器（SVC）得到快速發(fā)展。SVC可以看成是電納值能調(diào)節(jié)的無功 元件，它依靠電力電子器件開關(guān)來實(shí)現(xiàn)無功調(diào)節(jié)。SVC作為系統(tǒng)補(bǔ)償時(shí)可以連續(xù)調(diào)節(jié)并與系統(tǒng)進(jìn)行無功功 率交換，同時(shí)還具有較快的響應(yīng)速度，它能夠維持端電壓恒定。
SVC雖然能對(duì)系統(tǒng)無功進(jìn)行有效的補(bǔ)償，但是由于換流元件關(guān)斷不可控，因而容易產(chǎn)生較大的諧波電流， 而且其對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的調(diào)節(jié)能力不夠理想。隨著大功率全控型電力電子器件GTO、IGBT及IGCT的出現(xiàn)， 特別是相控技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）、四象限變流技術(shù)的提出使得電力電子逆變技術(shù)得到快速發(fā)展， 以此為基礎(chǔ)的無功補(bǔ)償技術(shù)也得以迅速發(fā)展。靜止同步補(bǔ)償器，作為FACTS家族最重要的成員，在美國(guó)、 德國(guó)、日本、中國(guó)相繼得到成功應(yīng)用。電壓型的STATCOM直流側(cè)采用直流電容為儲(chǔ)能元件，通過逆變器中 電力半導(dǎo)體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓。當(dāng)只考慮基波頻率時(shí)， STATCOM可以看成一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源通過電抗器聯(lián)到電網(wǎng)上。由于STATCOM直流側(cè)電容僅起電 壓支撐作用，所以相對(duì)于SVC 中的電容容量要小得多。此外，STATCOM和SVC相比還擁有調(diào)節(jié)速度更快、調(diào) 節(jié)范圍更廣、欠壓條件下的無功調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)諧波含量和占地面積都大大減小。
2. 國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀
我國(guó)電網(wǎng)中目前使用最為廣泛的補(bǔ)償裝置是機(jī)械投切的并聯(lián)電容器組。為滿足調(diào)壓要求，在低壓供電網(wǎng)絡(luò) 中裝設(shè)了大量的并聯(lián)電容器組，在中壓配電網(wǎng)絡(luò)中裝設(shè)了少量的并聯(lián)電容器組。20世紀(jì)70年代初，武漢鋼 鐵公司在1.7 cm軋機(jī)工程中進(jìn)口了由比利時(shí)直流勵(lì)磁飽和電抗器與日本電容器組成的靜止補(bǔ)償裝置后，國(guó) 內(nèi)才對(duì)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償問題引起了重視。自20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)對(duì)晶閘管控制的SVC投入了大量研發(fā)力 量，目前已有了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，但高壓大容量產(chǎn)品仍主要依靠進(jìn)口。
目前，我國(guó)輸電系統(tǒng)中一共有5地6套大容量SVC投入使用，它們分別被裝設(shè)在廣東江門、湖南云田、湖北 鳳凰山（2套）、河南小劉以及遼寧沙嶺的500 kV變電站中。此類SVC多為進(jìn)口，其中有3套是ABB公司的產(chǎn) 品。高電壓等級(jí)下SVC面臨的最為嚴(yán)重的問題是電容器爆炸，如廣東江門500 kV變電站中SVC運(yùn)行5年后并 聯(lián)電容器爆炸，湖南云田500 kV變電站中SVC自1988年以來發(fā)生了4次電容器組爆炸事故。
在380 V~10 kV配電系統(tǒng)中，近年來主要采用無平滑調(diào)節(jié)功能的TSC實(shí)現(xiàn)分級(jí)無功補(bǔ)償。
SVC在大型工礦企業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛，在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用尤為突出，武漢鋼鐵公司、包頭鋼鐵公司、 寶山鋼鐵公司、濟(jì)南鋼鐵公司、張家港沙鋼鐵公司、天津鋼管公司等均裝有該補(bǔ)償裝置。如濟(jì)南鋼鐵公司 中厚板廠二期工程在35 kV母線上就安裝了由西門子公司設(shè)計(jì)制造的一套容量為25 Mvar的 SVC，2001年底 帶負(fù)荷一次投運(yùn)成功。
1999年3月，我國(guó)第一臺(tái)工業(yè)化STATCOM在河南省洛陽(yáng)市朝陽(yáng)變電站成功并網(wǎng)運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)掌握了高壓 大容量FACTS設(shè)備的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。該STATCOM基于GTO器件，主電路核心部分是電壓型多重化逆變器，容 量為±20 Mvar，由清華大學(xué)電機(jī)系柔性輸配電系統(tǒng)研究所與河南省電力局聯(lián)合研制。為了進(jìn)行機(jī)理研究 ，事先還研制了1臺(tái)300 kvar中間工業(yè)試驗(yàn)裝置，于1995年8月并網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行。目前，清華大學(xué)電機(jī)系正和 上海市電力局聯(lián)合研制基于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的±50 Mvar STATCOM，它將應(yīng)用于上海500 kV電網(wǎng)中。
從國(guó)際范圍來講，目前SVC與STATCOM都已得到普遍的應(yīng)用。SVC出現(xiàn)早，應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，僅ABB公司，其目前 在全世界投運(yùn)的SVC就已超過370套，ABB與西門子兩個(gè)公司已安裝的SVC總?cè)萘考s為9萬(wàn)Mvar（包括已退役 裝置）。STATCOM裝置在20世紀(jì)主要以示范工程為主，從上世紀(jì)90年代末到本世紀(jì)初，STATCOM在日本及歐 美得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在冶金、鐵道等需要快速動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合?！　?001~2003年，美國(guó)在輸 電網(wǎng)接連投運(yùn)了百M(fèi)var級(jí)的大容量STATCOM，表明STATCOM在輸電網(wǎng)中已完全進(jìn)入實(shí)用階段。由于都是基于 電壓源換流器技術(shù)，這些STATCOM裝置僅通過改變母線接線方式，就可以變成背靠背的直流輸電，能對(duì)電 網(wǎng)的潮流進(jìn)行更有效的控制。據(jù)ABB公司2001的統(tǒng)計(jì)，目前全世界SVC的投運(yùn)容量超過32 000 Mvar， STATCOM的投運(yùn)容量已超過1 500 Mvar。
3 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的工作原理及其在輸電網(wǎng)中的應(yīng)用
3.1 SVC的工作原理及在電網(wǎng)中應(yīng)用
TCR+TSC型SVC的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。它由1臺(tái)TCR、2臺(tái)TSC以及2個(gè)無源濾波器組成，在實(shí)際系統(tǒng)中，TSC 及無源濾波的組數(shù)可根據(jù)需要設(shè)置。
　　TCR的工作原理是通過控制與相控電抗器連接的反并聯(lián)晶閘管對(duì)的移相觸發(fā)脈沖來改變電抗器等效電 納的大小，從而輸出連續(xù)可變的無功功率。圖1中兩個(gè)晶閘管分別按照單相半波交流開關(guān)運(yùn)行，通過改變 控制角α可以改變電感中通過的電流。α的計(jì)量以電壓過零點(diǎn)為基準(zhǔn)，α在90o～180o之間可部分導(dǎo)通， 導(dǎo)通角增大則電流基波分量減小，等價(jià)于用增大電抗器的電抗來減小基波無功功率。導(dǎo)通角在90o～180o 之間連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)電流也從額定到0連續(xù)變化，TCR提供的補(bǔ)償電流中含有諧波分量。
TSC的工作原理是根據(jù)負(fù)載感性無功功率的變化通過反并聯(lián)晶閘管對(duì)來切除或者投入電容器。這里，晶閘 管只是作為投切開關(guān)，而不像TCR中的晶閘管起相控作用。在實(shí)際系統(tǒng)中，每個(gè)電容器組都要串聯(lián)一個(gè)阻 尼電抗器，以降低非正常運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的對(duì)晶閘管的沖擊電流值，同時(shí)避免與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振。用晶閘管 投切電容器組時(shí)，通常選取系統(tǒng)電壓峰值時(shí)或者過零點(diǎn)時(shí)作為投切動(dòng)作的必要條件。由于TSC中的電容器 只是在兩個(gè)極端的電流值之間切換，因此它不會(huì)產(chǎn)生諧波，但它對(duì)無功功率的補(bǔ)償是階躍的。
TCR和TSC組合后的運(yùn)行原理為：當(dāng)系統(tǒng)電壓低于設(shè)定的運(yùn)行電壓時(shí)，根據(jù)需要補(bǔ)償?shù)臒o功量投入適當(dāng)組數(shù) 的電容器組，并略有一點(diǎn)正偏差（過補(bǔ)償），此時(shí)再利用TCR調(diào)節(jié)輸出的感性無功功率來抵消這部分過補(bǔ) 償容性無功；當(dāng)系統(tǒng)電壓高于設(shè)定電壓時(shí)，則切除所有電容器組，只留有TCR運(yùn)行。圖2給出了該控制方式 下穩(wěn)定系統(tǒng)電壓時(shí)采用的控制框圖，控制器所需信號(hào)為系統(tǒng)線電壓和線電流。如果用于補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率 或校正系統(tǒng)功率因數(shù)，只需將電壓設(shè)定值改為相應(yīng)的無功設(shè)定值或功率因數(shù)設(shè)定值即可?？刂埔?guī)律采用可 變參數(shù)的PI 調(diào)節(jié)器，其算法簡(jiǎn)單、可靠，而且易實(shí)現(xiàn) 。
SVC應(yīng)用于電力系統(tǒng)中對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響有：① 增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。SVC安裝于中長(zhǎng)距離輸電線路中 點(diǎn)可以改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，其P—δ特性曲線給故障后電機(jī)提供的減速面積和暫態(tài)裕量比沒有補(bǔ)償?shù)?情況下要大。② 有力的支持系統(tǒng)電壓，防止電壓崩潰。系統(tǒng)發(fā)生故障或者負(fù)荷電流（尤其是無功電流） 急劇增高的瞬間，SVC能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行瞬時(shí)無功補(bǔ)償來支撐電壓以抑制電壓崩潰的趨勢(shì)。③ 有效的阻尼系 統(tǒng)振蕩。TCR可以用極高的速度平滑地調(diào)節(jié)無功和電壓，具有調(diào)制狀態(tài)工作的可能。它可以在一個(gè)與工頻 50 Hz不同的頻率下作適當(dāng)浮動(dòng)，如果浮動(dòng)與系統(tǒng)搖擺或振蕩頻率相同而相位相反，就可以增大系統(tǒng)的阻 尼而抑制振蕩。④ 補(bǔ)償不平衡負(fù)荷。負(fù)荷不平衡時(shí)，SVC不平衡控制策略可以補(bǔ)償系統(tǒng)使供電電流變成三 相平衡，能夠使單相負(fù)荷變成三相平衡負(fù)荷而沒有無功分量。⑤ 抑制負(fù)荷側(cè)電壓波動(dòng)和閃變，校正功率 因數(shù)。 SVC也有其自身的弱點(diǎn)，它是阻抗型補(bǔ)償，隨著電壓的降低其無功輸出也會(huì)與電壓成平方關(guān)系降低 ，若采用基于電壓源逆變器的STATCOM將會(huì)取得更好的效果。
3.2 STATCOM的工作原理及在電網(wǎng)中應(yīng)用
　　我國(guó)首次研制成功的±20 Mvar STATCOM的總體構(gòu)成框圖見圖3。它主要由直流電壓源（通常以直流電 容代替）、基于GTO的逆變器和連接變壓器3部分組成。以二極管構(gòu)成的整流橋從交流系統(tǒng)吸取少量有功功 率對(duì)直流電容C充電，保持其電壓穩(wěn)定?？刂破鞲鶕?jù)電網(wǎng)無功變化情況，通過6 個(gè)全控型開關(guān)器件構(gòu)成的 三相逆變器向系統(tǒng)輸入感性或容性無功。STATCOM 向系統(tǒng)注入的無功Q為
式中，VS為系統(tǒng)電壓；RS為逆變橋等效電阻；δ為SVG輸出電壓與VS 的夾角 。
由公式可知，通過調(diào)節(jié)δ的大小，就可以控制STATCOM 注入系統(tǒng)的無功功率。由于RS很小，所以調(diào)節(jié)范圍 非常大。如果多臺(tái)STATCOM并聯(lián)移相輸出，則既可提升補(bǔ)償容量，又能抑制裝置本身的諧波電流。
STATCOM在控制策略上與SVC 的區(qū)別在于：在SVC 裝置中, 由外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)用作SVC 等效 電納的參考值，以此信號(hào)來控制SVC 調(diào)節(jié)到所需的等效電納。而在STATCOM中, 外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制 信號(hào)則被視為補(bǔ)償器應(yīng)產(chǎn)生的無功電流（或無功功率）的參考值，然后由參考值調(diào)節(jié)STATCOM來產(chǎn)生所需 無功電流。其具體控制方法可分為間接控制和直接控制兩大類，STATCOM采用電流直接控制方法的響應(yīng)速 度和控制精度比間接控制法有很大的提高。
STATCOM在輸電系統(tǒng)中的作為無功補(bǔ)償裝置用時(shí)，除具有SVC的所有良好性能外，運(yùn)行范圍更寬，且輸出無 功電流不受系統(tǒng)電壓影響。采用多重化技術(shù)的STATCOM，諧波含量少，不需要濾波器，能夠有力的提高系 統(tǒng)的暫態(tài)性能。
3.3 STATCOM及SVC應(yīng)用于輸電網(wǎng)的仿真研究
STATCOM和SVC應(yīng)用于大規(guī)模輸電網(wǎng)中以加強(qiáng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、改善電網(wǎng)末端或大負(fù)荷中心電壓穩(wěn)定性以及作 為直流輸電無功控制設(shè)備，已經(jīng)做了大量的研究工作。近年來，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)形成了京津唐 、長(zhǎng)三角以及珠三角3大負(fù)荷中心。這3個(gè)地區(qū)都具有遠(yuǎn)離電源、缺乏足夠的無功備用以及空調(diào)負(fù)荷比例高 等特點(diǎn)，因此，均有不同程度的電壓穩(wěn)定問題。
根據(jù)已有的仿真分析，北京電網(wǎng)在負(fù)荷突增時(shí)會(huì)出現(xiàn)暫態(tài)電壓失穩(wěn)現(xiàn)象，需要在安定、老君堂、西大望等 地安裝STATCOM（或者SVC）以防止電壓崩潰。上海的黃渡分區(qū)內(nèi)150 Mvar 調(diào)相機(jī)退出運(yùn)行后，只有一個(gè) 12 MW的小火電接入，并且這里將是三峽直流的落點(diǎn)，若發(fā)生故障將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的電壓失穩(wěn)，需要安裝 STATCOM提供快速的無功支撐，目前正在研制的50 Mvar STATCOM將在這里投入使用。廣東電網(wǎng)是擁有多直 流的交直流混聯(lián)系統(tǒng)，直流落點(diǎn)本身需要大量的無功支撐，STATCOM無疑是最佳的選擇；同時(shí)在直流退出 運(yùn)行的情況下，需要在交流長(zhǎng)輸電線路中點(diǎn)賀州安裝STATCOM以提升線路傳輸極限，維持電壓穩(wěn)定；此外 ，負(fù)荷突增情況下，弱受端系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)持續(xù)的電壓跌落，選擇合適的地點(diǎn)安裝STATCOM可以增強(qiáng)系統(tǒng)的電 壓維持能力。
4 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在配電網(wǎng)及大型工礦企業(yè)的應(yīng)用
4.1 SVC在配電網(wǎng)和工礦企業(yè)的應(yīng)用
無功傳輸對(duì)配電網(wǎng)的影響，一是會(huì)導(dǎo)致電力用戶電壓水平的惡化，二是會(huì)造成線損的上升。為了降低無功 傳輸帶來的不利影響，可以在配電網(wǎng)無功負(fù)荷集中處安裝一定容量的SVC，由SVC向負(fù)荷點(diǎn)就近提供無功功 率，以減少系統(tǒng)流入的Q，這樣不僅可使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的壓降△U變小，同時(shí)也可使網(wǎng)絡(luò)的線損△A減小。當(dāng)在 配電網(wǎng)絡(luò)中并入容量為Qb的SVC之后，網(wǎng)絡(luò)的壓降和線損為
由以上兩式可見，Qb增大，壓降△U就會(huì)變小，即降損的效果就會(huì)增大；當(dāng)Qb=Q時(shí)，由無功傳輸帶來的壓 降損失和線損為0，其改善電壓和降損的效果達(dá)到最佳；如果Qb> Q，則會(huì)出現(xiàn)無功倒流入系統(tǒng)的情況，這 時(shí)壓降損失反而會(huì)增大，降損的效果也會(huì)逐步開始惡化。所以，配網(wǎng)側(cè)SVC在一定條件下不僅可以改善配 網(wǎng)用戶的電壓質(zhì)量，同時(shí)還可以降損節(jié)電。
4.2 DSTATCOM基本原理及應(yīng)用
在配電網(wǎng)中，將中小容量的STATCOM安裝在某些特殊負(fù)荷（如電弧爐）附近，可以顯著地改善負(fù)荷與公共 電網(wǎng)連接點(diǎn)處的電能質(zhì)量，如提高功率因數(shù)、克服三相不平衡、消除電壓閃變和電壓波動(dòng)、抑止諧波污染 等。這種在配電網(wǎng)中用來提高電能質(zhì)量的STATCOM一般稱為（請(qǐng)給出DSTATCOM的中文名稱） （Distribution STATCOM，DSTATCOM）。
和高壓大容量STATCOM類似，DSTATCOM的基本原理是將自換相橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上或者直接 并聯(lián)在電網(wǎng)上, 適當(dāng)?shù)卣{(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)出滿足要求的無功電流, 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?br /> DSTATCOM主要應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)效益受電能質(zhì)量影響較大的工礦企業(yè)，如鋼鐵、冶金、礦山、電氣化鐵路、風(fēng)電 廠以及其他具有或者靠近沖擊性負(fù)荷和大容量電動(dòng)機(jī)的工業(yè)領(lǐng)域。DSTATCOM能夠有效改善配電網(wǎng)的電能質(zhì) 量，可以為配電網(wǎng)中的廠礦用戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。以瑞典Uddeholm Tooling鋼鐵公司的DSTATCOM項(xiàng)目 為例，該鋼廠有1臺(tái)電弧爐和1臺(tái)精煉爐，額定功率共37.5 MVA，2座電爐均由132 kV線路通過132 /10.5 kV變壓器供電。在其10.5 kV供電母線上安裝了1套+22 MVA的DSTATCOM設(shè)備后，鋼廠的各項(xiàng)指標(biāo)發(fā)生了下 列變化：① 功率因數(shù)高于0.95，避免了電力部門的罰款。② 冶煉時(shí)間從124 min/爐 降至106 min/爐， 縮短了18 min/爐，即14.5% 。③ 電極消耗量從2.39 kg/t降至2.12 kg/t，減少了0.2 kg/t，即8.4% 。 ④ 耗電量從625 kWh/t降至600 kWh/t，減少了25 kWh/t，即4% 。⑤ 電壓閃變減少3~5倍。⑥ 熔化期時(shí) ，DSTATCOM投運(yùn)前10 kV母線電壓在9.7 ~10.8 kV之間波動(dòng)，波動(dòng)幅度為1.1 kV, 即10.5% ，而投運(yùn)后， 電壓為10.4 kV，波動(dòng)幅度在0.1 kV之內(nèi), 即0.95% 。按目前生產(chǎn)資料價(jià)格、電價(jià)以及年產(chǎn)量計(jì)算，安裝 DSTATCOM后，該鋼廠每年因節(jié)能降耗和增產(chǎn)所創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的總和有逾千萬(wàn)元人民幣。
5 STATCOM與SVC的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
　　 STATCOM（包括DSTATCOM）和SVC都為動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，但它們的特性功能卻存在著相當(dāng)?shù)牟町悺?一般說來，STATCOM和SVC相比有下列優(yōu)越性：
（1）STATCOM輸出電流不依賴于電壓，表現(xiàn)為恒流源特性，具有更寬的運(yùn)行范圍。而SVC本質(zhì)是阻抗型補(bǔ) 償，輸出電流和電壓成線性關(guān)系。因此系統(tǒng)電壓變低時(shí)，同容量STATCOM可以比SVC提供更大的補(bǔ)償容量。
（2）STATCOM比SVC具有更快的響應(yīng)速度，因而更適合抑制電壓閃變。STATCOM響應(yīng)時(shí)間在10 ms以內(nèi)，而 SVC響應(yīng)時(shí)間一般在20~40 ms。STATCOM從額定容性無功功率變?yōu)轭~定感性無功功率(或相反)可在1 ms之內(nèi) 完成，這種響應(yīng)速度完全可以勝任對(duì)沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償。
（3）STATCOM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)來消除次數(shù)較低的諧波，并使較高 次數(shù)如7、11等次諧波減小到可以接受的程度。而SVC本身要產(chǎn)生一定量的諧波，如TCR型的5、7次特征次 諧波量比較大，占基波值的5%~8%；其他如SR，TCT等也產(chǎn)生3、5、7、11 等次的高次諧波，這給SVC 系統(tǒng) 的濾波器設(shè)計(jì)帶來許多困難。（4）在故障條件下，STATCOM比SVC具有更好的控制穩(wěn)定性。SVC使用了大量 電容器電抗器，當(dāng)外部系統(tǒng)容量與補(bǔ)償裝置的容量可比時(shí)，SVC會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定性。STATCOM對(duì)外部系統(tǒng)運(yùn)行 條件和結(jié)構(gòu)變化不敏感。
（5）同容量STATCOM占地面積小于SVC。由于STATCOM使用直流電容器儲(chǔ)能，因而可以減小電容器體積，且 不需要并聯(lián)電抗器即可以控制無功功率平滑變化，因此安裝尺寸大大減小。
（6）STATCOM能夠在一定范圍內(nèi)提供有功功率，減少有功功率沖擊。SVC只能提供無功功率，不具備提供 有功功率的功能。
（7）STATCOM中電容、電感等元件采用了與SVC完全不同的技術(shù)和制作工藝，運(yùn)行過程中電磁噪聲顯著降 低。
（8）STATCOM具有優(yōu)良的可擴(kuò)展性。STATCOM技術(shù)為許多FACTS設(shè)備如UPFC、APF、BESS等提供了堅(jiān)實(shí)的基 礎(chǔ)，因此擁有廣闊的應(yīng)用前景。
一般仿真研究表明，暫態(tài)穩(wěn)定問題中為使得電壓恢復(fù)效果相同，安裝STATCOM容量要比SVC節(jié)約20%左右。 但SVC發(fā)展歷史相對(duì)于STATCOM來說要久遠(yuǎn)，因此其技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較成熟，同時(shí)它還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制算法 容易實(shí)現(xiàn)、成本較低的優(yōu)勢(shì)，在一些對(duì)無功補(bǔ)償性能要求不高的場(chǎng)合，SVC依然是一個(gè)合適的選擇；此外 ，SVC具有多種拓?fù)浣M合，可以根據(jù)用戶需求選擇相應(yīng)的組合。應(yīng)用　　STATCOM取代SVC中的TCR，與TSC 形成的組合也是一種可選的經(jīng)濟(jì)方案，該組合綜合了STATCOM快速性、諧波含量低、正負(fù)無功平滑調(diào)節(jié)以 及TSC的經(jīng)濟(jì)性、分級(jí)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)。
6結(jié)束語(yǔ)
動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVC、STATCOM及DSTATCOM等在輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)、大型工礦企業(yè)中應(yīng)用廣泛，起到了 電壓支撐、無功補(bǔ)償、抑制閃變等關(guān)鍵作用。隨著技術(shù)的發(fā)展以及電網(wǎng)安全和電力用戶的需要，動(dòng)態(tài)無功 補(bǔ)償裝置將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用，且應(yīng)用的方式也將隨著使用場(chǎng)合的不同而靈活采用不同的無功補(bǔ)償方 式，或者同時(shí)綜合應(yīng)用多種無功補(bǔ)償技術(shù)。