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动态无功发生器作用及原理
动态无功发生器（STATCOM）是一种用于电力系统中的无功补偿
设备，其作用是通过控制电压和电流来维持系统的功率因数，从而
提高系统的稳定性和可靠性。
它主要用于解决电力系统中的无功功
率不足或过剩的问题，以及改善电压波动和电网频率等问题。
动态无功发生器的原理是利用功率电子器件（如IGBT等）来实
现对电压的快速响应和调节，从而控制电网中的无功功率。
它通过
实时监测电网的电压和电流，然后根据系统的需求来调节发生器的
输出电压和电流，以达到无功功率的补偿和控制的目的。
在实际应用中，动态无功发生器可以通过控制其输出电压和电
流的相位和幅值来实现对电网的无功功率的控制。
通过动态调节电
压和电流的相位差，可以实现对电网的无功功率的快速补偿和控制，从而提高电网的稳定性和可靠性。
此外，动态无功发生器还可以通过滤波器等装置来消除电网中
的谐波和其他电磁干扰，从而改善电网的质量和稳定性。
总的来说，动态无功发生器在电力系统中起着非常重要的作用，可以有效地解
决电网中的无功功率问题，提高电网的稳定性和可靠性。
statcom原理及控制⽅法要点1、前⾔静⽌同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)，是⽬前最先进的⽆功补偿技术，近年来随着电⼒电⼦开关技术的进步⽽逐渐兴起。
STATCOM 的原理是利⽤全控型⼤功率电⼒电⼦器件构成可控的电压源或电流源，使其输出电流超前或滞后系统电压90 ，从⽽对系统所需的⽆功进⾏动态补偿。
早期有⽂献称之为静⽌⽆功发⽣器(Static Var Generator, SVG) 。
利⽤电⼒电⼦变流器进⾏⽆功补偿的可能性虽然早在20 年前就已经为⼈们所认识，但限于当时电⼒电⼦器件的耐压和功率⽔平，⽆法制造出输电系统中具有实⽤价值的装置。
直到近年来，尤其是⾼压⼤功率的门极可关断晶闸管GTO 的出现，才极⼤的推动了STATCOM 的开发和应⽤。
STATCOM 是并联型FACTS 设备，它同基于可控电抗器和投切电容器的传统静⽌⽆功补偿器SVC 相⽐，性能上具有极⼤的优越性，越来越得到⼴泛的重视，必将取代SVC 成为新⼀代的⽆功电压控制设备。
⽬前，世界上已有多台投⼊运⾏的⼤容量STATCOM 装置，如表1-1 所⽰。
由此可见，⽬前为⽌国际上只有美、⽇、德、中、英等少数⼏个国家掌握了STATCOM 的应⽤开发技术。
2006 年 2 ⽉28 ⽇，由上海电⼒公司、清华⼤学、许继集团公司等单位共同研制的±50Mvar STATCOM 在上海黄渡分区西郊变电站并⽹试运⾏。
表1-1 国内外已在输电系统投运的STATCOM 装置（UPFC 并联部分为STA TCOM）表1-1 中除最后⼀项外，全部采⽤了变压器多重化的主电路⽅案，主电路拓扑为图1-1。
变压器多重化⽅式可成倍增加装置容量并降低输出谐波。
然⽽，多重化变压器的引⼊带来了很多问题：⾸先，它的价格⾮常昂贵，约为成本的1/3～1/4；其次，它使装置增加了50％左右的损耗和40％左右的占地⾯积；第三，变压器的铁磁⾮线性特性给控制器设计带来了很⼤的困难，同时也是引发装置故障的重要原因。
SVG⼯作原理、控制系统及关键技术说明SVG⼯作原理、控制系统及关键技术说明SVG(Static Var Generator, 动态⽆功补偿装置)是⼀种采⽤⾃换相变流电路的现代⽆功补偿装置，是当今⽆功补偿领域最新技术，⼜称为STATCOM（Static Synchronous Compensator, 动态⽆功补偿装置）。
SVG 动态⽆功补偿装置在响应速度、稳定电⽹电压、降低系统损耗、增加传输能⼒、提⾼瞬变电压极限、降低谐波和减少占地⾯积等多⽅⾯更具优势。
SVG产品技术特点：※触发、监控单元分相独⽴化设计，运⾏速度快，抗⼲扰性强；※基于瞬时⽆功功率理论的⽆功检测技术；※直流侧电压平衡控制；※完善的保护功能；※专⽤的IGBT 驱动电路，保证了IGBT ⾼频开断的可靠性，并将状态监控信息实时上传⾄上层监控系统；※链节⾃取能设计，可靠性⾼；※链式结构模块化设计，满⾜系统⾼可靠性的要求，维护⽅便；※叠层铜排应⽤，满⾜IGBT ⾼频触发的要求；※响应时间可达5ms。
※能够提供从感性到容性的连续、平滑、动态、快速的⽆功功率补偿；※能够解决负荷的不平衡问题；※电流源特性，输出⽆功电流不受母线电压影响；※对系统阻抗参数不敏感。
电⽹电能质量存在的问题1.1⾮线性负荷⼤量接⼊电⽹和负载的频繁波动，对电能质量产⽣严重影响：(1) 输电系统缺乏及时的⽆功调节，系统振荡容易扩⼤，降低输电系统的稳定性；(2) 负荷中⼼缺乏快速的⽆功⽀撑，容易造成电压偏低；(3) 功率因数低，增加电⽹损耗，加⼤⽣产成本，降低⽣产效率；(4) 产⽣的⽆功冲击引起电⽹电压降低、电压波动及闪变，严重时导致传动装置及保护装置⽆法正常⼯作甚⾄停产；(5) 产⽣⼤量谐波电流，导致电⽹电压畸变，引起：①保护及安全⾃动装置误动作；②电容器组谐波电流放⼤，使电容器过负荷或过电压，甚⾄烧毁；③增加变压器损耗，引起变压器发热；④导致电⼒设备发热，电机⼒矩不稳甚⾄损坏；⑤加速电⼒设备绝缘⽼化；⑥降低电弧炉⽣产效率，增加损耗；⑦⼲扰通讯信号；(6) 导致电⽹三相电压不平衡，产⽣负序电流使电机转⼦发⽣振动。
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电能质量柔性控制装置(STATCOM)简介一、背景及发展过程随着现代科学技术的发展，一方面，造成电能质量问题的因素不断增长，如以电力电子装置为代表的非线性负荷的使用、各种大型用电设备的启停等；另一方面，各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及，人们对电能质量及可靠性的要求越来越高。
上述问题的矛盾越来越突出，这使得电能质量问题对电网和配电系统造成的直接危害和可能对人类生活和生产造成的损失也越来越大，电能质量直接关系到国民经济的总体效益。
对供电质量及可靠性的要求日益提高是和用户的工艺过程水平的发展相联系的，近代科技进步又促进生产过程的自动化和智能化，对电能质量提出了更高更新的要求。
一个计算中心失去电源2s就可能破坏几十小时的数据处理结果而造成上百万元的经济损失。
在大型机器制造厂，0.1s 的电压突降就可能造成异常的生产状况和质量破坏。
当今自动化设备控制的连续精加工生产线，它们对配电系统中的干扰异常敏感，几分之一秒的不正常供电就可能在工厂内部造成混乱，其损失是难以估量的。
这些用户对不合格电力的容许度可严格到只有1～2 周波。
现代化的商贸中心、银行、医院也是如此。
谐波的严重危害和所造成的损失经常被人们所提及，而无人值守变电站中计算机系统突然出现的死机现象，大多属于电能质量问题。
目前城市和农村配网存在低功率因数和谐波污染问题。
大量无功电流在电网中的流动会导致线路损耗增大，变压器利用率降低，用户电压跌落严重。
谐波污染则会使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。
谐波对公用电网和其他系统的危害大致由以下几个方面：1．谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的三次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
2．影响各种电气设备的正常工作。
谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。
谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。
链式STATCOM控制策略研究链式STATCOM（Static Synchronous Compensator）是一种用于电力系统的高性能无功补偿装置。
它通过控制电流和电压，能够实现电力系统的无功功率的快速调节和电压的稳定控制。
本文将重点研究链式STATCOM的控制策略。
链式STATCOM由多个STATCOM单元串联而成，每个单元之间通过电流互锁控制进行同步。
这种结构使得链式STATCOM 具有更高的容量和更好的性能，能够更好地应对电力系统的无功功率波动和电压稳定问题。
首先，我们将研究链式STATCOM的电流控制策略。
链式STATCOM通过控制各个单元的电流，实现对电力系统的无功功率的调节。
在电流控制策略中，我们将研究如何通过电流互锁控制保持各个单元之间的同步，以及如何通过电流反馈控制实现对无功功率的精确调节。
其次，我们将研究链式STATCOM的电压控制策略。
链式STATCOM通过控制各个单元的电压，实现对电力系统的电压的稳定控制。
在电压控制策略中，我们将研究如何通过电压反馈控制实现对电压的精确调节，以及如何通过电压互锁控制保持各个单元之间的同步。
最后，我们将研究链式STATCOM的整体控制策略。
整体控制策略将电流控制和电压控制相结合，实现对电力系统的无功功率和电压的综合调节。
在整体控制策略中，我们将研究如何通过协调各个单元的控制参数，实现对电力系统的稳定控制和优化调节。
通过对链式STATCOM的控制策略的研究，我们可以更好地理解和应用这一技术，为电力系统的无功功率调节和电压稳定提供更好的解决方案。
同时，我们的研究也可以为其他类似的无功补偿装置的控制策略提供借鉴和参考。
希望本文的研究能够为链式STATCOM的应用和发展提供一定的指导和帮助。
STATCOM基本原理1 STATCOM基本原理STATCOM(Static Synchronous Compensator，简称STATCOM，国内又称为静止同步补偿器)，是新一代动态无功补偿领域最新技术应用的代表，当用在配电网时，也称为DSTATCOM。
STATCOM并联在电网中，相当于可变的无功电流源，其无功电流可以灵活控制，自动补偿系统所需要的无功功率。
一方面有效的解决了谐波干扰投切并联电容器装置的问题，另一方面，可根据用户实际要求抑制或治理谐波，改善电能质量。
将电压源型逆变器(Voltage Sourced Converter，简称VSC)，经过电抗器或者变压器并联在电网上，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，迅速吸收或者发出所需要的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。
作为有源型补偿装置，不仅可以跟踪补偿冲击型负载的冲击电流，而且也可以对谐波电流进行跟踪补偿。
2 STATCOM技术特点IGBT型补偿装置STATCOM相对于传统的固定电容器补偿、机械开关投切电容器、晶闸管投切电容器为主要代表的补偿方式，有着无可比拟的优势。
1、具备抗谐波功能，更保障系统安全STATCOM是可控电流源，只补偿基波无功电流，系统谐波电流不会造成补偿设备损坏，使其寿命延长、维护工作量少。
同时避免电容器组可能造成的谐波放大，防止系统其他设备及补偿设备因谐波过电压而损坏。
2、动态连续平滑补偿,更高的响应速度，使对电压闪变的补偿效果更好STATCOM可跟随负载变化，动态连续补偿功率因数，可以发无功，也可吸收无功，彻底杜绝了无功倒送的情况。
3、能够解决负荷的不平衡问题4、不仅不产生谐波,而且能在补偿无功功率的同时动态补偿谐波5、电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响，而传统SVC具有阻抗型特性，输出电流随母线电压线性降低。
STATCOM用于电压控制时具备很大的优势，系统电压越低，越需要动态无功支撑电压，STATCOM输出无功电流与系统电压没有关系；而系统电压越低，SVC 输出无功电流的能力越下降。
静态无功补偿装置原理静态无功补偿装置（STATCOM）是一种用来补偿电力系统中的无功功率的装置。
静态无功补偿装置的原理基于电力系统中的无功功率是电压和电流之间的乘积，因此通过控制电压和电流之间的相位差，可以实现无功功率的补偿。
静态无功补偿装置通常由一个功率电子器件（如IGBT或GTO等）和一个控制系统组成。
该装置可以通过调整其输出的电压的相位和幅值来改变电力系统中的无功功率。
具体来说，静态无功补偿装置的原理如下：1. 电压控制：静态无功补偿装置通过测量电力系统中的电压，并与设定值进行比较，然后调整输出电压的幅值和相位以实现电压的控制。
当电力系统中的电压下降或偏离设定值时，装置将通过增加输出电压的幅值来补偿电力系统中的无功功率。
2. 电流控制：静态无功补偿装置还通过测量电力系统中的电流，并与设定值进行比较，然后调整输出电流的相位以实现电流的控制。
当电力系统中的电流偏离设定值时，装置将通过改变输出电流的相位来补偿电力系统中的无功功率。
3. 动态响应：静态无功补偿装置具有快速响应的特点，可以在很短的时间内调整输出电压和电流的相位和幅值。
这使得它能够在电力系统中快速补偿无功功率的变化，以提高电力系统的稳定性和可靠性。
4. 多功能性：静态无功补偿装置不仅可以用来补偿电力系统中的无功功率，还可以用来改善电压的稳定性、提高电力系统的功率因数，以及减少电力系统中的谐波等。
它可以根据实际需要进行调整，并与其他装置（如静态有功补偿装置）进行协调运行。
总之，静态无功补偿装置通过控制输出电压和电流的相位和幅值，能够快速、灵活地补偿电力系统中的无功功率。
它在电力系统中具有重要的作用，能够提高电力系统的稳定性和可靠性，提高电能的质量，并减少能源的消耗。
随着电力系统对无功功率补偿需求的增加，静态无功补偿装置将在电力系统中发挥越来越重要的作用。
1、前言静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)，是目前最先进的无功补偿技术，近年来随着电力电子开关技术的进步而逐渐兴起。
STATCOM 的原理是利用全控型大功率电力电子器件构成可控的电压源或电流源，使其输出电流超前或滞后系统电压90 ，从而对系统所需的无功进行动态补偿。
早期有文献称之为静止无功发生器(Static Var Generator, SVG) 。
利用电力电子变流器进行无功补偿的可能性虽然早在20 年前就已经为人们所认识，但限于当时电力电子器件的耐压和功率水平，无法制造出输电系统中具有实用价值的装置。
直到近年来，尤其是高压大功率的门极可关断晶闸管GTO 的出现，才极大的推动了STATCOM 的开发和应用。
STATCOM 是并联型FACTS 设备，它同基于可控电抗器和投切电容器的传统静止无功补偿器SVC 相比，性能上具有极大的优越性，越来越得到广泛的重视，必将取代SVC 成为新一代的无功电压控制设备。
目前，世界上已有多台投入运行的大容量STATCOM 装置，如表1-1 所示。
由此可见，目前为止国际上只有美、日、德、中、英等少数几个国家掌握了STATCOM 的应用开发技术。
2006 年 2 月28 日，由上海电力公司、清华大学、许继集团公司等单位共同研制的±50Mvar STATCOM 在上海黄渡分区西郊变电站并网试运行。
表1-1 国内外已在输电系统投运的STATCOM 装置（UPFC 并联部分为STA TCOM）表1-1 中除最后一项外，全部采用了变压器多重化的主电路方案，主电路拓扑为图1-1。
变压器多重化方式可成倍增加装置容量并降低输出谐波。
然而，多重化变压器的引入带来了很多问题：首先，它的价格非常昂贵，约为成本的1/3～1/4；其次，它使装置增加了50％左右的损耗和40％左右的占地面积；第三，变压器的铁磁非线性特性给控制器设计带来了很大的困难，同时也是引发装置故障的重要原因。
如果能研究一种新的电路拓扑克服由多重化变压器带来的诸多不便，那么将引起大容量STATCOM 技术的一次大的飞跃。
多电平变换器技术的引入正是这个关键技术的不二选择图1-1. 带多重化变压器的STA TCOM 拓扑STATCOM 是第二代FACTS 技术的代表，它的出现是电力系统无功补偿技术的又一次革命。
其具备了在容性和感性范围内双向连续调节补偿电流的能力，适应了电力系统对各种运行工况的需求，同时还具有动态响应速度快、补偿电流谐波含量小(相比SVC)的特点，彻底解决了以往的无功补偿设备所存在的缺陷。
与采用第一代FACTS 技术的SVC 相比，STATCOM 具有以下优势：1、STATCOM 的动态响应过程更快，在目前的工程应用中，STATCOM 的响应时间可以做到20ms 以下，而SVC 则通常需要40ms 以上。
2、STATCOM 的输出特性不受系统电压影响，当电压下降时装置输出的无功保持不变；而SVC 装置补偿的无功与电压的平方成正比，当无功不足导致系统电压下降时，其所能提供的最大补偿容量也随之下降。
3、STATCOM 的直流侧储能元件只对电压或电流起到支撑作用，因此所需要的电容或电抗值远小于补偿容量，大大减小了装置体积；而SVC 的最大补偿容量受到器件阻抗特性的限制，因此需要配备较大的电容和电抗器，导致装置的体积与占地面积较大。
4、STATCOM 输出的电压或电流几乎为正弦波形，因此产生的谐波污染较小；SVC 通过控制电抗导通角的方式进行调节，流过电抗器的电流为非正弦，将产生大量的谐波注入电网，造成严重的谐波污染，在某些情况下需要与无源或有源的滤波装置配合使用。
5、STATCOM 相当于一个可控电源，因此不改变系统阻抗，不会与系统发生谐振；SVC 装置是电抗或电容型的，接入电力系统容易与系统阻抗产生谐振。
虽然目前电力系统中应用最为广泛的无功补偿设备还是SVC，但是电力电子技术以及电力系统研究专家普遍认为，STATCOM 所具有的以上优势使其成为传统无功补偿设备的理想替代者，全面满足了电力系统对无功补偿的各项要求，使21 世纪的电力系统运行品质更为卓越。
2、STATCOM 的工作原理从理论上分析，STATCOM 的直流侧可以采用电容或者电感两种形式。
因此，其基本拓扑结构分为电压源型和电流源型，分别如图2-1、2-2 所示：图2-1 电压源型STATCOM图2-2 电流源型STATCOM实际上，目前STATCOM 装置中研究最深入、应用最广泛是电压源型逆变器结构，原因如下：1、电流源型逆变器的工作原理，需要采用具有对称特性的大功率开关器件，即双向电压阻断能力。
而目前常用的可关断器件存在反向阻断能力差、导通损耗过大的问题；相比之下，电压源型逆变器则不会受到该限制。
2、电流源型逆变器直流侧储能电感不具备防止器件过电压的能力，因此需要安装额外的保护电路或者增大取值裕量；相比之下，电压源型逆变器的直流电容本身具备防止功率器件过电压的能力。
3、电流源型逆变器的直流侧储能电抗在工作中会产生比较大的损耗，给装置设计带来困难；而电压源型逆变器的储能电容损耗要小的多。
电压源型逆变器具有的以上优势使其成为目前条件下更合理的选择，因此本文主要研究基于电压源型逆变电路的STATCOM。
电压源型STATCOM 的工作原理，是通过可控的大功率电力电子开关器件将直流侧电压进行逆变，从而在逆变器交流侧输出一个与电网同频的正弦电压。
此时STATCOM 可以视为一个与电网同步的并且灵活控制的交流电压源，其接入系统时的等效电路如图2-3：图2-3 电压源型STATCOM 接入系统的等效图图中U S•为STATCOM 公共接入点(Point of Common Coupling, PCC)处系统电压，U I•为STATCOM 交流侧逆变输出电压，L 为连接电抗器，于是STATCOM装置输出的电流为：进而得到STATCOM 输出的单相视在功率为：在理论上，STATCOM 只对无功进行补偿，因此与电网之间不存在有功的往返。
然而实际上由于开关损耗以及电容和电抗上等效电阻的存在，STATCOM 装置还是需要从电网吸收很小的有功电流以维持直流侧电压平衡。
由于这部分有功相比无功非常微小，因此在进行理论分析的时候一般忽略不计。
最后近似认为STATCOM 输出的电压U I•与电网电压U S •相位相同，从而得到装置输出的单相无功功率为：由以上分析可得，在正常工作时 STATCOM 具有无功双向调节能力：即容性工况和感性工况，分别如下图所示：图 2-4 容性工况图 2-5 感性工况(1) 当U I •＞U S •，即 STATCOM 装置交流侧逆变电压幅值大于系统电压幅值，此时流过电抗器的补偿电流超前系统电压90°，STATCOM 装置向系统输出正的无功功率(Q ＞0)，处于容性工况。
(2) 当U I •＜U S •，即 STATCOM 装置交流侧逆变电压幅值小于系统电压幅值，此时电抗器上的补偿电流滞后系统电压90°，STATCOM 装置向系统输出负的无功功率(Q ＜0)，处于感性工况。
综上所述，STATCOM 的工作原理与以往的无功补偿技术存在本质区别。
通过对逆变器交流侧电压的幅值和相位进行调控，或者直接对其补偿电流进行跟踪控制，就能够在容性到感性范围内连续调节无功补偿电流，并且做到精确的稳态跟踪准以及快速的动态响应。
3、STATCOM 注入电流的运行范围如图 3.1 所示，系统发送端电压为U S •，系统接收端电压为U R •，STATCOM输入端电网电压为U 1•，STATCOM 的并联变换器交流侧输出电压为U sh•，电网注入到STATCOM 中的电流为ish •，Z S 为系统发送端到 STATCOM 输入端的线路阻抗，Z R 为STATCOM 输入端到系统接收端的线路阻抗。
图 3.1 STATCOM 系统基本结构图为了便于分析，假定系统参数如下：(3-1)(3-2)(3-3) (3-4)(3-5)其中k 是阻抗系数，0 ≤ k ≤ 1；Z = R + j X L 为线路总的阻抗；(3-6)将电压i sh •转化到旋转 d 、q 坐标系下，并将 d 轴定位在U 1•方向上，则通过（3-7）所示的旋转 3/2 变换矩阵 T R S 23-可得i sh •在 d 、q 坐标系下表达式：(3-7)(3-8)分析装有 STATCOM 的系统电压、电流平衡分析：(3-9) (3-10)(3-11) 根据式（3-8）~（3-11）可知：(3-12)图 3.2 STATCOM 注入到电网中的电流运行范围首先由式（3-12）得到 STATCOM 注入到电网中的电流运行范围的第一个约束条件：(3-13)由上式可见 STATCOM 注入到电网中的电流在 d 、q 轴电流平面上是以为圆心，以为半径的圆，如图 3.2所示。
这里，变量 R 、X 、δ 、U 是给定的系统参数。
变量 k的大小取决于 STA TCOM 的安装位置, 变量U 1•是由系统需求决定的，它们的大小决定了系统所需要的 STA TCOM 注入到电网中的电流运行范围。
其次考虑 STATCOM 并联变换器一侧的系统参数可以得到：(3-14)其中U shd 和U shq 是并联变换器交流侧输出电压U sh •在 d 、q 坐标系下的分量，X = ωL sh ，ω 代表电网角频率。
由式（2-14）可以得到 STATCOM 注入到电网中的电流运行范围的第二个约束条件：(3-15) 最后考虑 STATCOM 补偿的最大视在功率,可以得到 STATCOM 注入到电网中的电流运行范围的第三个约束条件： ,其中I sh max 为 STA TCOM 注入到电网中的最大允许电流。
如图 2.3 所示，综合式（3-13）、（3-15）、（3-16）所确定的圆的交叉部分限制了实际的运行系统中 STATCOM 注入到电网中的电流运行范围，在设计 STATCOM 注入电网中的电流时，必须考虑这一点。
此外，实际运行过程中，运行点主要是由 STA TCOM 系统的有功需求决定的，即：。
如图 2.3 所示，针对不同模式的 STA TCOM 其运行范围也有所不同，对于直流侧无外部储能装置（只有电容）的 STATCOM 而言，它只能与电网进行无功功率的交换，也就是可以说无功功率可以双向流动，但是由于其自身没有外部能量供应装置，STATCOM 工作所需要的有功功率全部来自电网，通过其自身的控制来从系统中吸收有功功率保证其正常工作，因此，有功功率是单向流动的，当 STATCOM 进行无功补偿的时候i shd 都为正值，也就是说它必须从系统中吸收有功功率来补偿系统的损耗，维持直流母线电压恒定，保证系统正常运行。
