1 引言
在配電網(wǎng)中，如果無功功率儲備不足將會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓水平降低，沖擊性的無功功率負(fù)荷還會使電壓產(chǎn)生劇烈的波動，惡化電網(wǎng)的供電質(zhì)量。對于給定的有功功率分布，要想使無功潮流最小以減少系統(tǒng)的損耗，就要求對無功功率的流向與轉(zhuǎn)移進行很好的控制。因此，無功補償對配電網(wǎng)是十分重要的，研究無功補償有著重要的現(xiàn)實意義。
同時，對沖擊性負(fù)荷的無功補償?shù)膭討B(tài)性的要求也越來越高，這主要體現(xiàn)在動態(tài)無功補償有以下優(yōu)點^[1]：
（1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或突增負(fù)荷時，動態(tài)地提供電壓支撐，確保母線電壓的穩(wěn)定性，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平，減少低壓釋放負(fù)荷數(shù)量，并防止發(fā)生暫態(tài)電壓崩潰；
（2）動態(tài)地維持輸電線路端電壓，提高輸電線路穩(wěn)態(tài)傳輸功率極限（每kvar的輸出約能提高0.5－0.7kw的暫態(tài)穩(wěn)定極限值）；
（3）抑制系統(tǒng)過電壓，改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；
（4）阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩；
（5）在負(fù)荷側(cè)，抑制電壓閃變、補償負(fù)荷不平衡、提高功率因數(shù)。
所有的無功補償裝置都可以對無功功率進行控制，可以有效維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，提高系統(tǒng)功率因數(shù)等^[2]。
我國配電網(wǎng)中目前使用最為廣泛的無功補償裝置是機械投切的并聯(lián)靜電電容器組。
并聯(lián)靜電電容器組可以改善線路參數(shù)，減少線路的感性無功功率，補償系統(tǒng)的無功功率。由于它供給的無功功率與節(jié)點電壓的平方成正比，當(dāng)節(jié)點電壓下降時，它供給的無功功率反而會減少，所以靜電電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能較差。但由于其維護較方便，裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用又可分散裝設(shè)，所以目前仍是我國采用的主要補償裝置^[3]。
同時，作為一個無源裝置，并聯(lián)靜電電容器組使用機械開關(guān)，它不具備快速性、反復(fù)性、連續(xù)性的特點，因而不能實現(xiàn)短時糾正電壓升高或降落的功能，從而無法對沖擊性負(fù)荷實現(xiàn)動態(tài)無功補償。
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償器(svc，static var compensator)在我國的配電網(wǎng)無功補償中也得到快速發(fā)展。靜止無功補償器(svc)是目前基于靈活交流輸電系統(tǒng)(facts)技術(shù)應(yīng)用最廣泛的無功補償裝置^[4]，它的控制簡單、價格低、能滿足大多數(shù)用戶對于無功功率補償?shù)男枰?。svc在系統(tǒng)中相當(dāng)于可變電納，隨著電壓的變化而改善其電納值，在到達上限之前，能夠向系統(tǒng)提供有效的無功支持，從而維持裝設(shè)點的電壓基本不變。但是在到達上限之后，它便相當(dāng)于固定的電容器，其無功輸出會隨著電壓的降落而減小，補償效果十分惡劣，因此無功補償對于svc的容量有很高的要求。并且它的響應(yīng)速度慢，很難滿足配電網(wǎng)動態(tài)無功補償?shù)男枰?BR style="FONT-FAMILY: ">靜止同步補償器（statcom， static synchronous compensator）技術(shù)作為無功動態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)的潮流和發(fā)展方向，是目前國內(nèi)外研究的熱點?；谳旊娋€路補償?shù)膕tatcom在國外已有少量應(yīng)用，國內(nèi)也有個別應(yīng)用實例，而與之相對應(yīng)的側(cè)重應(yīng)用于配電網(wǎng)的statcom以目前的技術(shù)發(fā)展水平在應(yīng)用上已具備較充分的條件。
本文從statcom的基本工作原理出發(fā)，提出了statcom在配電網(wǎng)動態(tài)無功補償中的應(yīng)用。它克服了傳統(tǒng)動態(tài)無功補償裝置的不足，具有體積小、容量大、調(diào)節(jié)連續(xù)、響應(yīng)速度快、經(jīng)濟性能好等優(yōu)點，對維持節(jié)點電壓和抑制電壓閃變、阻尼系統(tǒng)振蕩以及提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性發(fā)揮著重要的作用。

2 statcom的基本工作原理
statcom主要是利用大功率電力電子器件（如igbt、gto）構(gòu)成一個自換相變流器，通過電壓源逆變技術(shù)提供超前和滯后的無功，實現(xiàn)無功補償。
2.1 主電路拓?fù)?/FONT>
statcom主要以電壓型為主，其直流側(cè)以直流電容器為儲能元件，主電路采用電壓源變換電路vsc(voltage source converter)，將直流電壓變?yōu)榻涣麟妷?，然后通過連接電抗器接入電網(wǎng)。其中連接電抗器起到阻尼過電流、濾除紋波的作用。
基于多電平電壓源型逆變器（vsi）的statcom受到越來越多的重視，因為這種拓拔結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)大容量輸出，同時在交流側(cè)通過連接電抗器可直接并到電網(wǎng)中，無需通過變壓器連接，這樣可大大的減少裝置的占地面積及成本。一般來說，多電平逆變器主要有三種結(jié)構(gòu)形式：
(1)基于二極管鉗位多電平逆變器；
(2) 基于飛跨電容鉗位多電平逆變器；
(3) 基于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)多電平逆變器。
與前兩種結(jié)構(gòu)形式相比，基于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)多電平逆變器不需要大量的鉗位二極管和飛跨電容，同時，所有h-橋逆變單元包括直流電容器，主開關(guān)器件和反并聯(lián)二極管的電壓等級都是相同的。考慮到所有單元的相同性，整個裝置的單元封裝和結(jié)構(gòu)布局很容易實現(xiàn)。一個典型的基于h橋鏈?zhǔn)絪tatcom的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.2 工作原理
將圖1拓?fù)潆娐返刃Ш喕癁槿鐖D2所示。從圖2可以知道，statcom輸出無功功率可以表示為^[5]
（1）
式中v₀為statcom輸出電壓，v_pcc為公共連接點處系統(tǒng)電壓，x_s是statcom和系統(tǒng)之間的等效連接電抗器的電抗值。從式（1）可以看出，當(dāng)statcom輸出電壓大于公共連接點處系統(tǒng)電壓時，q為正值，此時statcom向系統(tǒng)提供正的無功功率，相當(dāng)于一個容性負(fù)載。當(dāng)statcom輸出電壓小于公共連接點處系統(tǒng)電壓時，q為負(fù)值，此時statcom向系統(tǒng)提供負(fù)的無功功率，相當(dāng)于一個感性負(fù)載。可以通過動態(tài)改變調(diào)制比來控制satatcom的輸出電壓，從而達到調(diào)整與系統(tǒng)交換的無功功率的目的，所以statcom有很好的無功動態(tài)補償能力。