动态无功补偿技术应用综述

1999年3月，我国第一台工业化STATCOM在河南省洛阳市朝阳变电站成功并网运行，标志着我国掌握了高压大容量FACTS设备的设计制造技术。该STATCOM基于GTO器件，主电路核心部分是电压型多重化逆变器，容量为±20 Mvar，由清华大学电机系柔性输配电系统研究所与河南省电力局联合研制。为了进行机理研究，事先还研制了1台300 kvar中间工业试验装置，于1995年8月并网闭环运行。目前，清华大学电机系正和上海市电力局联合研制基于链式结构的±50 Mvar STATCOM，它将应用于上海500 kV电网中。
从国际范围来讲，目前SVC与STATCOM都已得到普遍的应用。SVC出现早，应用时间长，仅ABB公司，其目前在全世界投运的SVC就已超过370套，ABB与西门子两个公司已安装的SVC总容量约为9万Mvar（包括已退役装置）。STATCOM装置在20世纪主要以示范工程为主，从上世纪90年代末到本世纪初，STATCOM在日本及欧美得到了广泛应用，尤其是在冶金、铁道等需要快速动态无功补偿的场合。　　2001~2003年，美国在输电网接连投运了百Mvar级的大容量STATCOM，表明STATCOM在输电网中已完全进入实用阶段。由于都是基于电压源换流器技术，这些STATCOM装置仅通过改变母线接线方式，就可以变成背靠背的直流输电，能对电网的潮流进行更有效的控制。据ABB公司2001的统计，目前全世界SVC的投运容量超过32 000 Mvar， STATCOM的投运容量已超过1 500 Mvar。

3 动态无功补偿装置的工作原理及其在输电网中的应用
3.1 SVC的工作原理及在电网中应用
TCR+TSC型SVC的基本拓扑结构见图1。它由1台TCR、2台TSC以及2个无源滤波器组成，在实际系统中，TSC及无源滤波的组数可根据需要设置。

　　TCR的工作原理是通过控制与相控电抗器连接的反并联晶闸管对的移相触发脉冲来改变电抗器等效电纳的大小，从而输出连续可变的无功功率。图1中两个晶闸管分别按照单相半波交流开关运行，通过改变控制角α可以改变电感中通过的电流。α的计量以电压过零点为基准，α在90o～180o之间可部分导通，导通角增大则电流基波分量减小，等价于用增大电抗器的电抗来减小基波无功功率。导通角在90o～180o之间连续调节时电流也从额定到0连续变化，TCR提供的补偿电流中含有谐波分量。
TSC的工作原理是根据负载感性无功功率的变化通过反并联晶闸管对来切除或者投入电容器。这里，晶闸管只是作为投切开关，而不像TCR中的晶闸管起相控作用。在实际系统中，每个电容器组都要串联一个阻尼电抗器，以降低非正常运行状态下产生的对晶闸管的冲击电流值，同时避免与系统产生谐振。用晶闸管投切电容器组时，通常选取系统电压峰值时或者过零点时作为投切动作的必要条件。由于TSC中的电容器只是在两个极端的电流值之间切换，因此它不会产生谐波，但它对无功功率的补偿是阶跃的。