1、第四章 STATCOM的原理与特性,STATCOM的基本作用 工作原理 工作特性,4.1 STATCOM的基本作用,STATCOM 是FACTS的一种新型并联无功补偿设备，20世纪七八十年代出现，以变换器为基础，等效为一个可调电压/电流源。 FACTS：Flexible AC Transmission Systems柔性交流输电系统。 在稳定状态下，维持系统电压不变，或按要求调压； 在稳定状态下，维持系统某处的无功功率最小，或按经济等要求调节无功量；,在动态或暂态时，按系统稳定性的要求调节无功量以提高稳定极限或抑制某种方式的振荡； 与SVC比较：功能基本相同。采用全控器件，性能更优越，运行范围
2、更宽，调节速度更快。,相关术语：ASVG : Advanced Static Var Generator STATCON（美）: Static Condenser SVG(日）: Static Var GeneratorASVC(欧）: Advanced Static Var Compensator 2002年IEEE DC&FACTS专委会统一术语： STATCOM Advanced Static Synchronous Compensator，静止同步补偿器，静止无功发生器 被归为基于变换器的FACTS控制器（converter-based FACTS controller),4.2 ST
3、ATCOM的工作原理,由全控型阀元件如GTO组成的自换相电压型三相全桥逆变器，通过电抗器或直接并联于交流电网上。 通过对逆变桥控制将直流侧电压转换成与电网同频率而相位和幅值都可控制的交流电压或电流。 供出（容性）或吸收（感性）无功电流（功率），由系统补偿要求而定。达到动态无功补偿的目的。 输出交流电压的幅值大小由PWM控制和直流侧电压大小决定。,无功发生器的基本原理,STATCOM主电路,STATCOM的工作原理,单相电路中，基波无功能量在电源和负载之间来回往返（能量交换）。 平衡三相电路中，无论功率因数如何，三相瞬时功率之和为常值（总有功功率），各相的无功能量在三相之间来回往返。 三相全桥变
4、流器能将三相各部分能量总体统一处理，使总体上三相电源与负载间没有无功能量交换。总的负载侧无需设置无功储能元件。 理论上讲SVG的三相桥式变流电路，直流侧可以不设储能元件，但实际上，谐波少许无功能量在电源和SVG间往返。,STATCOM的工作原理,通常DC侧设置电感或电容，但容量远比SVG所能提供的无功容量小。 传统的SVC装置，所需储能元件容量至少要等于所提供的无功容量。 SVG中储能元件体积和成本比同容量SVC降低。 SVG三相桥式变流电路分为电压型和电流型，直流侧分别采用电容和电感。,无功发生器的主电路,目前投用的大都是电压型桥式电路，效率较高，控制比较简单成熟。 直流侧电容提供直流电压，
5、相当于直流电压源，为逆变器提供直流电压支撑，并储存少量能量。通过变压器或电抗器将逆变器与交流母线这两个电压不等的电源连接，抑制电流中的高次谐波。,STATCOM的工作原理,SVG三相桥式主电路（四象限变流器）如同电压型逆变器，但交流侧不是无源负载而是接电网。 仅当考虑基波频率时，SVG等效为幅值和相位均可控且与电网同频率的交流电压源。 交流侧等效回路，SVG从电网吸收的电流 ，即连接电抗电流，可由SVG提供的电压 来控制。,STATCOM的工作原理,改变 的幅度和相对于 的相位，就可以改变 ，从而控制SVG从电网吸收的电流 的相位和幅度，也就控制了SVG吸收无功的性质和大小。 若连接电抗为纯电
6、感，无损耗，不从电网吸收有功，则只需 与 同相。 当UI US，电流超前90，SVG吸收容性无功；当UI US，电流滞后90，吸收感性无功。,STATCOM的工作原理,考虑连接电抗内阻：变流器无需有功，故 与 仍需差90，但 与 相差比90小了 角。 电网补充R损耗，电流的有功分量。 角就是 与 的相位差，改变 和幅值UI，电流的幅值和相位就随之改变，调节SVG所吸收无功。 0, 电流超前，SVG所吸收容性无功；0, 电流滞后，SVG所吸收感性无功。,STATCOM的性能优越,同SVC一样，改变控制参数可使SVG的伏安特性上下平移，但其所能提供的最大无功电流ILmax 和ICmax 维持不变，
7、仅受电力电子器件电流容量的限制。 SVC的左右斜线边界（最大电流）受并联电抗和电容阻抗特性的限制。 SVC的运行范围为三角形区域，而SVG为上下等宽的近似矩形区域，比SVC优越。,STATCOM的伏安特性,用于输电补偿的SVG，若直流侧电容较大，或采用其他DC电源供电，可以为电网提供一定有功。 传统的SVC谐波问题严重， SVG主电路可以通过多电平变流器，PWM控制技术，多重化技术等消除低次谐波。,SVG的并网连接电抗作用：滤除电流高次谐波；连接两个交流电压源。其电感值比同容量TCR的小得多。若通过降压变压器并网可利用漏感。 动态补偿响应速度比SVC优越，尤其是应用电流跟踪PWM控制时。可用于
8、电力系统动态调节、增强系统稳定性、提高输配电系统的电能质量。,STATCOM是柔性交流输电(FACTS)技术的基础技术： 将直流侧电容换成电池就成了电池储能调节装置； 将逆变器输出变压器副边串联接入系统则可成为可控串联补偿器； 将逆变器输出变压器串并联相结合则可成为功能强大的统一潮流控制器(Unified Power Flow ControllerUPFC）。,STATCOM的功能,电压控制，保持电压在允许范围，用来减小电压波动，稳定状态下，维持系统电压不变，或按要求调压； 无功控制功能，满足无功设定值或按经济等要求调节无功量； 可减少有载调压变压器的调整抽头动作 ，使安全性能改善（500KV变压器的故障大多是由调抽头引起）； 抑制功率振荡（PSS功能），对抑制低频振荡有帮助； 其他与SVC有共同之处。,实际建立SVG时会遇到的问题：,（1）减少输出无功电流中的谐波成分； （2）由于目前GTO或IGBT等可关断器件的容量不够大，需要扩大发生器的容量以符合系统的要求；(3)提高输出电压，以便发生器能接入更高电压等级的系统； （4）保持直流电容端电压稳定； （5）使输出电流的相位与网络电压正交。,各种无功功率动态补偿装置的性能比较,实例：80MVA 无功发生器控制系统,
