概述

基本原理

STATCOM的国内外现状及研究方向

STATCOM的应用前景广阔

STATCOM在电气化铁路中的应用(我国电铁将长期存在的电能质量问题 电铁中的静止同步补偿装置（STATCOM） 电铁中各种补偿方案的优缺点)

概述

STATCOM——静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator, 简称STATCOM，又称SVG）是当今无功补偿领域最新技术的代表，属于灵活柔性交流输电系统（FACTS）的重要组成部分。STATCOM并联于电网中，相当于一个可控的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无功补偿。

基本原理

STATCOM的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件（如IGBT，GTO等）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

STATCOM分为电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型。对电压型桥式电路，还需再串联上连接电抗器才能并入电网；对电流型桥式电路，需在交流侧并联上吸收换相产生的过压的电抗器。实际上，由于运行效率的原因，迄今为止投入使用的STATCOM大多采用电压型桥式电路，因此，STATCOM往往专指采用自换相电压型桥式电路作动态无功补偿装置。

STATCOM的国内外现状及研究方向

静止无功发生器(SVG)也被称为静止同步补偿器(STATCOM),是在20世纪80年代以来出现的更为先进的静止无功补偿装置。STATCOM的研制一开始就受到日本、美国、德国政府和科研单位的重视，1980年日本研制出第一台20Mvar STATCOM。到90年代取得突破性的研究进展，1991年和1994年日本和美国分别研制成功一套80Mvar和一套100Mvar的采用GTO晶闸管的STATCOM装置，并最终成功地投入商业运行。德国西门子公司的单机容量为8Mvar的STATCOM装置也于1998年投入运行。

目前，在我国普遍采用的无功补偿装置主要是并联电容器和晶闸管控制电抗器(TCR}及晶闸管投切电容器(TSC}。为了改变上述情况，在1994年，研制大容量STATCOM被列为电力部重点科研攻关项目，同年在电力部的支持下，河南电力局决定和清华大学共同研制±20Mvar的STATCOM。1999年3月清华大学FACTS研究所与河南电力局共同研制的用于220kV电网的±20MvarSTATCOM在河南电网成功投入运行。2001年2月国家电力公司电力自动化研究院也将士2OOkvar STATCOM投入了运行。通过以上研究获得很多实践经验，并在理论上有显著的发展，STATCOM应用规划仿真研究也已相继展开。

清华大学FACTS研究所在河南±20Mvar STATCOM研制经验基础之上，继续研制上海西郊变±5OMvar STATCOM的关键技术。±5OMvar STATCOM装置是一种新型的动态无功补偿装置，采用了基于IGCT的链式逆变器，具有可分相控制和运行、输出动态无功响应速度快、输出电流谐波小、输出无功电流大小与系统电压无关、不需多重化变压器、占地面积小等特点。装置的研制在建模、主电路及参数设计方法、分布式链节控制与保护、系统控制策略等方面取得重大突破，核心技术达到了国际领先水平。2006年2月28日，±5OMvarSTATCOM在上海黄渡分区西郊变电站并网试运行。

在国外，由于STATCOM理论研究起步较早，目前已步入工业化应用阶段。另一方面，STATCOM的工业化应用对理论研究起了非常大的推动作用，新的理论研究成果不断出现。我国在STATCOM研究方面起步较晚，直到进入九十年代以后，一些高等院校和科研机构开始进行STATCOM的研究，目前理论和应用都取得了很大进展，特别是2006年2月在上海黄渡分区西郊变电站并网试运行的±5OMvar STATCOM，核心技术达到了国际领先水平。

STATCOM的研究仍然是FACTS领域内一个重要课题，主要从构成大功率STATCOM主电路拓扑结构、多电平逆变器的调制方法、无功补偿与储能系统的结合、STATCOM的控制方法等几个方面进行。

STATCOM的应用前景广阔

近年来，动态无功及谐波补偿装置越来越广泛地应用于电网及电力用户端，用于提高电网电压稳定性、改善用户电能质量并达到节省电能的目的。

STATCOM是灵活柔性交流输电系统（FACTS）技术和定制电力（CP）技术的重要组成部分，用于配电系统中的STATCOM一般称为D-STATCOM。STATCOM可直接接入400V~35kV电压等级母线，克服传统无功补偿和谐波治理装置存在的不足，为电网或用电负荷提供快速、连续有源动态无功补偿和谐波滤波，可有效提高电网电压暂态稳定性、抑制母线电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数。

STATCOM可广泛应用于：

电网枢纽变电站：提高系统暂态电压稳定性，确保系统运行安全；

风力发电场：提高母线电压稳定性，抑制振荡；

冶金行业、石化行业、矿山及电气化铁路：抑制电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数；

其他行业：抑制电压波动、滤除负荷谐波及提高功率因数。

STATCOM在电气化铁路中的应用

我国电铁将长期存在的电能质量问题

（1）我国电网建设落后于电源建设，电网相对薄弱，在城市地区短路容量大，但在偏远一些的地区，电网本身短路容量低，给电铁供电的电网短路容量低；

（2）短路容量小及单相供电制式，导致负序问题突出，电压不对称问题凸显；

（3）谐波问题还将在一段时间长期存在；

（4）功率因数低的问题将逐步得到解决；

（5）电压波动与闪变问题一段时间将长期存在，因此动态无功补偿是重点；

（6）弱供电网与机车的谐振隐患依然存在。

电铁中的静止同步补偿装置（STATCOM）

（1）牵引侧两相式STATCOM （RPC）

牵引变压器二次侧安装的两台（Single Static Power Conditioner）装置，用于抑制三相电压不平衡，该装置能综合治理谐波、无功、负序等功能谐振抑制等功能，称为RPC（Railway Static Power Conditioner）。

（2）牵引变高压侧三相STATCOM

（3）系统侧三相STATCOM

在牵引变接入点安装三相STATCOM，主要目标是控制负序注入系统。

电铁中各种补偿方案的优缺点

（1）增大牵引变短路容量成本高；

（2）改进电力机车或加补偿无法补偿负序；

（3）平衡变压器要求两桥臂负荷大小相等、功率角相同才能消除负序，其它情况效果差；对于无功、谐波无效；

（4）高压侧SVC可有效消除负序与谐波，功率因数可为1；抑制供电臂上电压波动效果差，抑制谐振效果差，占地面积大，响应速度>40毫秒；

（5）低压侧SVC补偿功率因数、谐波效果好，但负序补偿度差，占地面积稍大；

（6）高压侧STATCOM装置比同容量SVC占地小1/3～1/2，响应速度快，对机车桥臂电压波动补偿效果差，损耗比SVC小，但造价高；

（7）低压侧STATCOM装置除RPC外，负序补偿能力差；

（8）RPC装置是目前为止性能最好的电能质量补偿装置。

综上所述，在保证STATCOM的高性能、高可靠性的条件下，RPC装置是目前为止性能最好的电能质量补偿装置。STATCOM可广泛应用于谐波、负序、电压波动超标的牵引站，采用三相STATCOM进行治理。具体的治理方案需根据牵引站和电力系统情况，可以采用牵引站供电臂侧和系统侧等两种安装方式。