静止同步补偿器（STATCOM）技术的应用及发展现状(2)

　　按构成元器件，可以将STATCOM分为GTO型，IGBT型，IGCT型，SCR型，GTR型，MOSFET型。基于功率变换的FACTS设备一般都采用全控型器件，主要是在GTO、改进型GTO(IGBT、MTO、ETO等)和(HV)IGBT等器件中选择。国际上第一个采用GTO作为逆变器功率器件的STATCOM，是由美国EPRI与西屋电气公司研制的，容量依1Mvar。我国依20MvarSTATCOM和日本关西电力系统Inuyama开关站依80MvarSTATCOM均是采用GTO作为功率器件的。IGBT适用于小容量场合，由ABB公司研制的配电STATCOM(DistributionSTATCOM，D-STATCOM)，开关器件采用多个IGBT串联。

　　按电压等级，可以将STATCOM分为高压输电网补偿和低压配电网补偿。在高压输电网中STATCOM需要通过变压器连接到电网中。在低压配电网中，通过电抗器并联或直接并联电网，即D-STATCOM。D-STATCOM的基本工作原理就是将桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上，适当调节电路交流侧输出电压的幅值或相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路系统收获发出满足要求的无功电流，从而实现动态补偿无功的目的。另外可以通过脉宽调制采用特定谐波消除的方法来消除特定谐波。

　　3控制方式

　　根据控制物理量，可以分为直接电流控制和间接电流控制。直接电流控制技术就是采用跟踪性PWM控制技术对电流波形的瞬时值进行反馈控制，直接指令电流的发生，结构简单，电流调节响应快，对扰动的鲁棒性好，但是只适用于中小容量场合，对于大容量场合具有很大的局限性。间接电流控制，是通过STATCOM逆变器交流电压极薄的幅值和相位，来间接控制交流侧电流，简单易实现，但动态性能欠佳，适用于大容量STATCOM。

　　为了减少谐波，在间接电流控制中可以采用多重化、多电平或者PWM技术来改善波形。

　　STATCOM装置主电路设计的多重化和链式结构是提高容量的常用技术。多重化结构就是用几个单相或三相逆变器产生相位相差若干度的方波电压，用变压器将不同相位的方波电压串联在一起，可以有效的提高容量与电压，减少谐波，但同时也会带来很多问题，诸如价格昂贵，增加了装置损耗和占地面积，并且变压器的铁磁非线性特性也给设计带来了困难。由ALSTOM公司为英国国家电网公司研制的依75MvarSTATCOM采用了新型链式结构，摒弃了笨重的多重化变压器。链式STATCOM各逆变桥直流电容器是相互独立的，存在电容电压不平衡问题，混合型损耗差异、并联型损耗差异以及输入脉冲延时的不同是造成电容电压不平衡的主要原因。通过调节逆变桥与系统间的相位差，通过调节各逆变桥调制比都可以实现电容电压平衡。图3和图4分别是链式和多重化结构的原理图。

　　从控制策略上讲可以分为开环控制，闭环控制，以及这两种的混合控制。通常从控制上讲是电压环以及电流环。文献中STATCOM的控制是基于SVPWM的电压电流双环控制，利用锁相环(PLL)和低通滤波器(LPF)检测负载电流中无功电流的大小，通过dq变换实现STATCOM无功电流和有功电流在dq平面的解耦控制。同时，直流电压外环控制器输出耦合到有功电流控制环路实现直流电压稳压控制。

　　从控制技术角度来说有PI控制方法，PI逆控制方法，鲁棒自适应控制，递归神经网络自适应，滑模变结构，模糊控制方法。其中鲁棒自适应控制方法，模糊控制系数选择困难;神经网络自适应方法不依赖于系统模型的建立，但实时性不好;滑模变结构线性化困难。在实际应用中还是以传统的PI控制居多。文献[14]提出了一种无源性控制(PBC)方法，建立了STATCOM的欧拉—拉格朗日系统模型，引入非线性规划的变尺度法进行优化。

　　为了达到更好的补偿效果，可以将传统的无功补偿装置与STATCOM联合运行控制，从而避免STATCOM为了获得理想的输出电流波形，致使开关器件随着补偿电流增大，开关损耗增加，效率降低的问题。混合静止同步无功补偿器(HSTATCOM)，基于无差拍控制(根据其状态方程和输出无功电流的预期值计算出下一个开关周期的脉冲宽度)，利用有源与无源补偿相结合的方法，无源部分使用TSC作为主要补偿手段，不产生谐波，损耗小;利用有源补偿实现了补偿电流的连续调节，可以双向连续调节无功。文献提出了一种新型SVC与STATCOM构成的混杂装置以及基于模糊预测的联合运行方案，即利用小容量STATCOM抑制闪变配合大容量SVC补偿无功，避免了STATCOM采用不对称控制时出现的算法复杂等问题。联合控制运行方式算法简便，控制目的明确，但其结构可能复杂，所以在特定领域将会得到发展。

　　4应用及现状

　　STATCOM概念于20世纪80年代提出，实际应用主要集中在90年代，主要应用的有日本的依80Mvar(1991年)，美国的100Mvar(1995年)，丹麦基于4500/3000AGTO的依8Mvar(1997年)的STATCOM。由于STATCOM技术含量较高，掌握并应用这一技术的主要有日本、美国、德国、英国、中国等国家。我国首台依20Mvar的STATCOM是由清华大学与河南省电力局在1994—1999年共同研制，已于1999年3月在河南省洛阳市朝阳变电站投入运行。对于这一技术，在2007年由湖南大学的罗安等人就基于STATCOM与SVC的电能质量调节器协调控制方法、由郭育华等人就STATCOM的控制方法申请了国家专利。