2012-9-23 静止同步补偿装置.pdf

Jingzhi tongbu buchang zhuangzhi 静止同步补偿装置 (static synchronous compensator ，STATCOM) 由并联接 入系统的电压源换流器构成，能够发出或吸收无功功率的静止型同步无功电源。 通过改变其输出可以对电力系统的某些参数（如电压）进行控制。曾被称为新型 静止无功补偿装置（ASVC ）、无功发生器（SVG）、静止调相机（STATCON） 等。 主要特点 STATCOM 作用与可产生三相工频电压的同步电机相似，但没有 运动部件。一般来说，STATCOM 包含由可关断电力电子开关器件组成的直流- 交流自换相换流器及其控制系统。它可看作通过一个电抗（变压器漏抗）接入系 统的交流电压源，通过控制输出电压的幅值和相位，或直接控制其交流侧的输出 电流，吸收或发出满足系统要求的无功电流。 在补偿无功电流的基础上，STATCOM 也可输出相应的谐波电流，则同时实 现补偿无功电流和谐波电流的双重目标。需要说明的是 STATCOM 只能补偿负 荷产生的部分谐波电流，不能消除电网的背景谐波电压。用于供电系统及工业用 户的 STATCOM （也称为DSTATCOM ）的设计要求常常包括无功补偿、功率因 数校正、平衡系统三相电压、谐波治理等多种功能，其容量较小，用途不同其技 术特点也不同。 基本结构 有基于电压源换流器和电流源换流器两种类型，直流侧分别采用 电容和电感这两种不同的储能元件。实际上，由于运行效率的原因迄今投入使用 的 STATCOM 大都采用电压源换流器。 工作原理 工作时通过电力电子器件的通断将直流侧电压转换成与交流侧 电网同频率的输出电压，当仅考虑基波频率时，STATCOM 可等效为幅值和相位 均可控制的一个与电网同频率的交流电压源。如果未计及连接电抗器和换流器的 损耗，STATCOM 的工作原理可用图 1 所示的单相等效电路图来说明。只需使 STATCOM 输出的交流电压U 和电网电压U 同相，如图 2 中所示，仅改变U 幅 g s g 值大小即可控制 STATCOM 从电网吸收的电流是超前还是滞后 90º ，并能控制该 电流的大小。 1    图 1 STATCOM 的单相等效电路图(未计及损耗) 图2 STATCOM 的向量图(未计及损耗) 对于传统静止无功补偿装置（SVC）中的谐波问题，在 STATCOM 中则可 采用多重化技术、多电平技术和脉宽调制（PWM ）技术来进行处理，以消除次 数较低的谐波，并使较高次数的谐波电流减少到可以接受的程度。 在平衡的三相电路中，不论负载的功率因数如何，三相瞬时功率的和在任何 时刻都等于三相总的有功功率；各相的无功能量在交流侧来回往返而三相电源和 负载之间可没有无功流动，所以，理论上讲 STATCOM 的换流器直流侧可不设 储能元件。 主电路拓扑结构 高压大容量 STATCOM 中常用的主电路有变压器多重化 结构和多电平结构。多重化结构通过曲折变压器将若干个单相或三相换流器连接 在一起，可成倍增加装置容量，同时改善输出电压的谐波性能。然而多重化变压 器同时也带来①价格昂贵；②损耗增加；③占地面积增加；④变压器的铁磁非线 性饱和引起过流、换流器侧电压波形畸变等问题。多电平结构主要有二极管钳位 结构、飞跨电容钳位结构和链式结构。多电平换流器的主要优点是不通过器件的 直接串联即可实现高压输出。为实现高压大容量 STATCOM，通常需要较大的电 平数目。对于二极管钳位和飞跨电容钳位结构，当电平数目增加时，所需要的钳 位二极管数目和钳位电容数目将平方倍增加，使电路结构十分复杂，甚至在工程 实际中无法实现。现有研究结果表明在电平数目大于 4 时，二极管钳位换流器的 直流电容电压平衡控制将难以实现。相对而言，当电平数目增加时，链式结构较