汪清涓，黃懌浩

（1.廣西電網(wǎng)公司欽州供電局，廣西 欽州 535000；2.國(guó)投欽州發(fā)電有限公司，廣西 欽州 535008）

1 前言

柔性交流輸電系統(tǒng)（flexible AC transmission system，F(xiàn)ACTS）因其靈活、穩(wěn)定、高效的特性得到了廣泛的研究和迅速的推廣應(yīng)用。靜止同步補(bǔ)償器（static synchronous compensator，STATCOM）是 FACTS 的核心控制器之一，屬于基于變換器型FACTS控制器，控制器可以采用電壓型變換器（voltage sourced converter，VSC），也可采用（current sourced converter，CSC）。

STATCOM可向系統(tǒng)注入或從系統(tǒng)吸收無功和/或有功功率，進(jìn)而可以控制電力系統(tǒng)的無功功率和/或有功功率的平衡。因而，STATCOM可改變電網(wǎng)的阻抗特性，提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，改善電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，維持或控制節(jié)點(diǎn)電壓，通過潮流變化阻尼系統(tǒng)振蕩。

2 STATCOM的基本原理

2.1 理想狀態(tài)下STATCOM的工作原理

實(shí)用的大容量STATCOM基本上都采用電壓型變換器（voltage sourced converter，VSC），STATCOM 的主電路包括作為儲(chǔ)能元件的電容和基于電力電子器件的VSC，變換器通過連接電抗（或變壓器）接入系統(tǒng)。

圖1 STATCOM接入系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路

理想情況下（忽略線路阻抗和 STATCOM的損耗），如圖1所示，可將STATCOM的輸出等效成“可控”電壓源，系統(tǒng)視為理想電壓源，兩者相位一致，當(dāng)UI＞US時(shí)，從系統(tǒng)流向STATCOM的電流相位超前系統(tǒng)電壓90°，STATCOM工作于“容性”區(qū)，輸出感性無功；反之，當(dāng)UI＜US時(shí)，從系統(tǒng)流向STATCOM的電流相位滯后系統(tǒng)90°，STATCOM工作于“感性”區(qū)，吸收感性無功；當(dāng)UI=US時(shí)，系統(tǒng)與STATCOM之間的電流為0，不交換無功功率。由此可見，STATCOM輸出無功功率的極性和大小決定于UI和US的大小，通過控制UI的大小就可以連續(xù)調(diào)節(jié)STATCOM發(fā)出或吸收無功的多少。

2.2 STATCOM的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型

由于STATCOM采用了電壓型橋式電路，因此必須通過連接電抗器或變壓器并入系統(tǒng)，連接電抗器的作用是將變換器與交流母線這兩個(gè)電壓不等的電源連接，另一作用是抑制電流中的高次諧波，用x等值變壓器漏抗或連接電抗，r等值銅耗和STATCOM引起的有功損耗，則變換器從系統(tǒng)吸收的有功功率為

式中:US—系統(tǒng)電壓，作為參考相量；UI—變換器輸出電壓；δ—UI滯后US的角度。

STATCOM送入系統(tǒng)的無功功率為

穩(wěn)態(tài)情況下，變換器既不吸收也不發(fā)出有功功率，在式（1）中令P=0可得

將式（3）代入式（2）可得

由式（4）可見，調(diào)整相位角δ可改變STATCOM向系統(tǒng)輸入的無功功率，STATCOM的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行相量圖如圖2所示。δ的變化范圍很小，當(dāng)STATCOM從系統(tǒng)吸收無功功率時(shí)，滯后的角度為 δ，由圖 2（b）可見δ總小于α，而等值電阻r的值相對(duì)于等值電抗x的值來說很小，因此α的值很小。當(dāng)STATCOM向系統(tǒng)注入無功功率時(shí)，超前的角度為 δ，由于電阻r的值不大，因此δ的值受補(bǔ)償電流最大值的約束不大。近似分析時(shí)直接忽略電阻r，則在式（1）和式（2）中令α和δ為零，可得

圖2 STATCOM穩(wěn)態(tài)運(yùn)行相量圖

由式（5）可見，UI大于US則STATCOM向系統(tǒng)注入無功功率，反之則吸收無功功率。

在潮流計(jì)算中，可將STATCOM視為一個(gè)并聯(lián)在節(jié)點(diǎn)上的電容或電抗，向系統(tǒng)注入或從系統(tǒng)吸收無功功率。因此，可將裝有STATCOM的節(jié)點(diǎn)作為PV節(jié)點(diǎn)，其控制目標(biāo)是支撐該節(jié)點(diǎn)的電壓幅值為US。而維持US所需的該節(jié)點(diǎn)注入無功功率Qin與節(jié)點(diǎn)電壓的相位δ可由STATCOM安裝前的潮流計(jì)算得出。

3 STATCOM的潮流控制性能分析

以五節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，在此系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)1的無功損耗較重，電壓偏低，因此將STATCOM安裝于節(jié)點(diǎn)1處。如圖3所示，STATCOM并聯(lián)于節(jié)點(diǎn)1。

圖3 安裝STATCOM的5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

對(duì)STATCOM安裝前后的5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，將數(shù)據(jù)對(duì)比如表1和表2所示。

表1 STATCOM安裝前后的電源出力比較（P，Q—標(biāo)么值）

表2 STATCOM安裝前后的節(jié)點(diǎn)電壓比較（U—標(biāo)么值）

由表1可見，在節(jié)點(diǎn)1處安裝STATSCOM后，電源G4、G5的無功出力有所降低。STATSCOM向系統(tǒng)注入無功功率，減少了電源的無功出力。而由表2可見，節(jié)點(diǎn)1的電壓由 0.86升至 0.99，接近于1.00，STATSCOM起到了補(bǔ)償無功，支撐該節(jié)點(diǎn)電壓的作用。

以14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，選擇在遠(yuǎn)離電源的節(jié)點(diǎn)14處安裝STATCOM。由表3可見，安裝STATCOM后，電源G6、電源G8的無功出力有所減少。STATCOM向系統(tǒng)注入無功功率，補(bǔ)償系統(tǒng)無功損耗，保持節(jié)點(diǎn)電壓在合理范圍內(nèi)。

表3 STATCOM安裝前后的電源無功出力比較（Q—標(biāo)么值）

4 小結(jié)

本文介紹了STATCOM的基本原理，并通過對(duì)其穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的闡述詳細(xì)分析了STATCOM的工作原理。以安裝STATCOM的5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)與14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，直觀地展示了STATCOM的潮流控制性能，在電力系統(tǒng)中安裝STATCOM是一種靈活、有效的潮流控制手段。

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