摘要：合理的无功功率补偿对于对输配电系统非常重要。无功补偿装置已经由同步调相机、并联电容器发展到基于大功率电力电子器件的静止补偿装置。文章在描述动态无功补偿技术在国内外应用现状的同时，详细介绍了SVC及STATCOM的基本原理、功能以及它们在输电网、配电网、大型工矿企业的具体应用，并对二者的技术经济性能做了详尽的比较。
关键词：动态无功补偿；SVC；STATCOM；电压稳定；应用
中图分类号：TM
0概述
电能质量一般是指电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差。历史上，电力系统中许多机电设备都能在上述参量相对较大的变化范围内正常地工作。但是在近5～10年，随着高新技术尤其是信息技术的飞速发展，基于计算机、微处理器控制的用电设备和电力电子设备在系统中大量投入使用，他们对系统干扰比机电设备更加敏感，因此对供电质量的要求也更高。一旦出现电能质量问题，轻则造成设备故障或停运，重则造成整个系统的损坏，由此带来的损失是难以估量的。另一方面，大量为提高生产效率、节约能源和减小环境污染而采用的基于电力电子技术的现代化设备正成为产生电能质量问题的主要来源。以电气化铁路机车牵引式负荷为例，他属于整流负荷，是典型的谐波源；他采用工频单相式交流供电，又是典型的负序源；同时他又具有波动性和不确定性，是典型的电压波动源和闪变源。普通用户中大量使用的开关式电源，公共照明系统中荧光照明负荷正逐渐成为配电系统中主要的谐波源和波动源。可以说，在这些新技术成功解决实际生活环境中的污染问题的同时，如不加防范则会造成电力系统中新的污染问题。因此，现代社会的电能质量问题具有一系列新的特点。
1.1 负荷侧对电能质量的污染呈增长趋势
多年来电能质量问题主要来源于系统侧，包括系统正常运行状态改变，如电源投入、有计划的无功补偿电容器组的投入/切除、大型电动机启动等；非正常的系统状态改变如系统元件故障，人员误操作等将给系统带来较大的冲击；自然环境中的雷击、大风和雨雪天气也会造成相应的电能质量问题。而近年来，用户端大量非线性负荷的应用正成为电能质量恶化的重要因素。例如从低压小容量家用电器到高压大容量的工业交直流变换装置中存在的各种静止变流器，它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形的畸变。大型电弧式设备，如电弧熔炉，弧焊设备等，也成为重要的冲击源和谐波源。一个值得注意的问题是为了减少重要设备对电能质量问题的敏感度，设备制造商努力进行设备的升级和改进，用户则采用各种保护性装置，而这些改进措施和保护装置常常顾此失彼，对公共供电的电能质量造成更大的危害。一些信息设备和公用设备的谐波含量[1]见表1。
1.2 电能质量问题的内涵发生了较大改变
交流输电功率包括有功功率和无功功率。在有功功率不变的情况下，无功功率越大就会使功率因数降低，视在功率增大，从而需要增大发、输、配电设备的容量，增加投资和电力损耗费用；使输电线路电压降变大，不利于有功电力的输送与合理应用。但如果无功储备不足将会导致电网电压水平降低，冲击性的无功功率负载还会使电压产生剧烈的波动，恶化电网的供电质量。对于给定的有功分布，要想使无功潮流最小以减少系统的损耗，就要求对无功功率的流向与转移进行很好的控制。
随着电网的不断发展，对无功功率进行控制与补偿的重要性与日俱增：① 输电网络对运行效率的要求日益提高，为了有效利用输变电容量，应对无功进行就地补偿；② 电源（尤其水电）远离负荷中心，远距离的输电需要灵活调控无功以支撑解决稳定性及电压控制问题；③ 配电网中存在大量的电感性负载，在运行中消耗大量无功，使得配电系统损耗大大增加；④ 直流输电系统要求在换流器的交流侧进行无功控制；⑤ 用户对于供电电能质量的要求日益提高。因此，对电网的无功进行就地补偿，尤其是动态补偿，在输配电系统中十分必要。
1无功补偿装置的发展
电力系统中，常见的无功控制方法有同步发电机、同步电动机、同步调相机、并联电容器和静止无功补偿装置等，这里主要讨论静止无功补偿装置。
静止无功补偿技术经历了3代：第1代为机械式投切的无源补偿装置，属于慢速无功补偿装置，在电力系统中应用较早，目前也仍在应用；第2代为晶闸管投切的静止无功补偿器（SVC），属无源、快速动态无功补偿装置，出现于20世纪70年代，国外应用普遍，我国目前有一定应用，主要用于配电系统中，输电网中应用很少；第3代为基于电压源换流器的静止同步补偿器（Static synchronous Compensator ，STATCOM），亦称ASVG，属快速的动态无功补偿装置，国外从20世纪80年代开始研究，90年代末得到较广泛的应用，我国的STATCOM示范应用工程在河南省。
早期的无功补偿装置主要是无源装置，方法是在系统母线上并联或者在线路中串联一定容量的电容器或者电抗器。这些补偿措施改变了网络参数，特别是改变了波阻抗、电气距离和系统母线上的输入阻抗。无源装置使用机械开关，它不具备快速性、反复性、连续性的特点，因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功能。
20世纪70年代以来，以晶闸管控制的电抗器（TCR）、晶闸管投切的电容器（TSC）以及二者的混合装置（TCR+TSC）等主要形式组成的静止无功补偿器（SVC）得到快速发展。SVC可以看成是电纳值能调节的无功元件，它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。SVC作为系统补偿时可以连续调节并与系统进行无功功率交换，同时还具有较快的响应速度，它能够维持端电压恒定。
SVC虽然能对系统无功进行有效的补偿，但是由于换流元件关断不可控，因而容易产生较大的谐波电流，而且其对电网电压波动的调节能力不够理想。随着大功率全控型电力电子器件GTO、IGBT及IGCT的出现，特别是相控技术、脉宽调制技术（PWM）、四象限变流技术的提出使得电力电子逆变技术得到快速发展，以此为基础的无功补偿技术也得以迅速发展。静止同步补偿器，作为FACTS家族最重要的成员，在美国、德国、日本、中国相继得到成功应用。电压型的STATCOM直流侧采用直流电容为储能元件，通过逆变器中电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压。当只考虑基波频率时，STATCOM可以看成一个与电网同频率的交流电压源通过电抗器联到电网上。由于STATCOM直流侧电容仅起电压支撑作用，所以相对于SVC 中的电容容量要小得多。此外，STATCOM和SVC相比还拥有调节速度更快、调节范围更广、欠压条件下的无功调节能力更强的优点，同时谐波含量和占地面积都大大减小。
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