1 概述
停止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)是柔性沟通输电体系(Flexible AC Transmission System，FACTS)的中心设备和中心技能之一。在此之前，又称ASVG、SVG、STATCON、ASVC，直至1995 年世界高压大电网会议与电力、电子工程师学会主张选用停止同步补偿器(STATCOM)[1]。
停止同步补偿器选用新一代的电力电子器材，如：门极可关断晶闸管(GTO)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，集成门极换向晶闸管(IGCT)，而且选用现代操控技能，其在电力体系中的作用是补偿无功，进步体系电压安稳性，改进体系功能。与传统的无功补偿设备比较，STATCOM 具有调理接连，谐波小，损耗低，运转规划宽，牢靠性高，调理速度快等长处，自面世以来，便得到了广泛重视和飞速开展。
我国电力工业开展迅速，其需求将坚持继续、快速的添加态势而且需求规划在增大，当时我国电力作业牢靠性要求高、实用性强;经济效益杰出;节能，环保、高效成为首要趋势。STATCOM的广泛运用使得电力体系愈加安稳高效，契合当今社会电力工程开展趋势。
2 STATCOM 的作业原理
2.1 根本作业原理
STATCOM大体上分为电压源型和电流源型，在实践运用中大多运用电压源型(选用电压型改换器Voltage-sourced inverter，VSI)。图1 用以简略阐明依据VSI的STATCOM的作业原理。
如图1 所示，STATCOM的主电路结构由直流侧大电容和依据电力电子器材的VSI 组成，经过衔接电抗接入电力体系。图中，Uz1 是在抱负状况下(即疏忽线路及STATCOM 的损耗)将STATCOM的输出等效为一个可控电压源，UzS 是体系侧等效成的抱负电压源，且两者相位一起。当Uz1跃UzS时，从体系流向STATCOM 的电流相位超前体系电压90毅，输出容性无功;相同当Uz1约UzS 时，从体系流向STATCOM 的电流滞后体系电压90毅，输出感
性无功。当Uz1 =UzS 时，体系与STATCOM 之间的电流为零，两者之间没有无功的沟通。这是在抱负状况下的作业状况，事实上，UzS 和Uz1 一般具有一个视点差啄，经过操控UzS和啄就能够调理STATCOM宣布或吸收无功的巨细。
2.2 STATCOM的分类
从理论上能够将STATCOM 分为电压源型和电流源型。就其电路结构来说，电压源型STATCOM 直流侧并联有大电容，确保在继续充放电或器材换向进程电压不会发生很大的改变，桥侧串联电感，而电流源型STATCOM 则是直流侧串联大电感，确保在器材换向或充放电器材电流不会有大的动摇，桥侧并联电感。如图2所示。
在实践运用中，常用的大容量STATCOM 选用的根本都是电压源型结构。可是能够将SVG操控为电流源来进行无功补偿[2-3]。文献[4]提出了一种新的STATCOM 操控战略即选用电压操控电流源(VCCS)的战略和改进的电压操控电压源(VCVS)的战略来补偿电力体系公共衔接点(Pointof Common Coupling，PCC)电压不平衡，特别是在较小容量时选用VCCS 办法将能到达最好的补偿作用。
按构成根本单元逆变器模块，能够将STATCOM 分为单相桥二电平，三相桥二电平，三相桥多电平。在大容量高电压等级的运用场合中，往往需求将多个低压小容量改换器经过变压器耦合(即多重化)[5] 或选用变压器在沟通输入输出侧进行升压或降压，这样会发生耗能、谐波含量大、体系功率低一级缺陷。而多电平改换器开关器材所接受的电压应力小(如三电平改换器每个开关器材所接受的电压应力是二电平的一半[6])，谐波含量少，损耗下降，因此在大容量场合得到广泛运用和开展。
按构成元器材，能够将STATCOM 分为GTO型，IGBT 型，IGCT 型，SCR 型，GTR 型，MOSFET型。依据功率改换的FACTS 设备一般都选用全控型器材，首要是在GTO、改进型GTO(IGBT、MTO、ETO 等)和(HV)IGBT等器材中挑选。世界上榜首个选用GTO 作为逆变器功率器材的STATCOM，是由美国EPRI 与西屋电气公司研发的，容量依1Mvar。我国依20Mvar STATCOM和日本关西电力体系Inuyama 开关站依80Mvar STATCOM 均是选用GTO 作为功率器材的。IGBT 适用于小容量场合，由ABB公司研发的配电STATCOM(Distribution STATCOM，D-STATCOM)，开关器材选用多个IGBT串联[7]。
按电压等级，能够将STATCOM 分为高压输电网补偿和低压配电网补偿。在高压输电网中STATCOM需求经过变压器衔接到电网中。在低压配电网中，经过电抗器并联或直接并联电网，即D-STATCOM。D-STATCOM的根本作业原理便是将桥式电路经过电抗器或直接并联在电网上，恰当调理电路沟通侧输出电压的幅值或相位，或许直接操控其沟通侧电流就能够使该电路体系收成宣布满足要求的无功电流，然后完成动态补偿无功的意图。别的能够经过脉宽调制选用特定谐波消除的办法来消除特定谐波[8]。
3 操控办法
依据操控物理量，能够分为直接电流操控和直接电流操控。直接电流操控技能便是选用盯梢性PWM 操控技能对电流波形的瞬时值进行反应操控，直接指令电流的发生，结构简略，电流调理呼应快，对扰动的鲁棒性好，可是只适用于中小容量场合，关于大容量场合具有很大的局限性。直接电流操控，是经过STATCOM 逆变器沟通电压极薄的幅值和相位，来直接操控沟通侧电流，简略易完成，但动态功能欠佳，适用于大容量STATCOM。
为了削减谐波，在直接电流操控中能够选用多重化、多电平或许PWM技能来改进波形。
STATCOM 设备主电路规划的多重化和链式结构是进步容量的常用技能。多重化结构便是用几个单相或三相逆变器发生相位相差若干度的方波电压，用变压器将不同相位的方波电压串联在一起，能够有用的进步容量与电压，削减谐波[5,9]，但一起也会带来许多问题，比如价格昂贵，添加了设备损耗和占地面积，而且变压器的铁磁非线性特性也给规划带来了困难。由ALSTOM公司为英国国家电网公司研发的依75Mvar STATCOM 选用了新式链式结构，摒弃了粗笨的多重化变压器。链式STATCOM 各逆变桥直流电容器是彼此独立的，存在电容电压不平衡问题，混合型损耗差异、并联型损耗差异以及输入脉冲延时的不同是形成电容电压不平衡的首要原因[10]。经过调理逆变桥与体系间的相位差，经过调理各逆变桥调制比都能够完成电容电压平衡[11]。图3 和图4 分别是链式和多重化结构的原理图。
从操控战略上讲能够分为开环操控，闭环操控，以及这两种的混合操控。一般从操控上讲是电压环以及电流环。文献[12]中STATCOM的操控是依据SVPWM 的电压电流双环操控，运用锁相环(PLL)和低通滤波器(LPF)检测负载电流中无功电流的巨细，经过dq 改换完成STATCOM 无功电流和有功电流在dq 平面的解耦操控。一起，直流电压外环操控器输出耦合到有功电流操控环路完成直流电压稳压操控。
从操控技能视点来说有PI 操控办法，PI 逆操控办法，鲁棒自适应操控，递归神经网络自适应，滑模变结构，含糊操控办法[13]。其间鲁棒自适应操控办法，含糊操控系数挑选困难;神经网络自适应办法不依赖于体系模型的树立，但实时性欠好;滑模变结构线性化困难。在实践运用中还是以传统的PI 操控居多。文献[14]提出了一种无源性操控(PBC)办法，树立了STATCOM 的欧拉—拉格朗日体系模型，引进非线性规划的变标准法进行优化。
为了到达更好的补偿作用，能够将传统的无功补偿设备与STATCOM 联合运转操控，然后防止STATCOM 为了取得抱负的输出电流波形，致使开关器材跟着补偿电流增大，开关损耗添加，功率下降的问题。混合停止同步无功补偿器(HSTATCOM)，依据无差拍操控(依据其状况方程和输出无功电流的预期值计算出下一个开关周期的脉冲宽度)，运用有源与无源补偿相结合的办法，无源部分运用TSC 作为首要补偿手法，不发生谐波，损耗小;运用有源补偿完成了补偿电流的接连调理，能够双向接连调理无功[15]。文献[16]提出了一种新式SVC 与STATCOM构成的稠浊设备以及依据含糊猜测的联合运转计划，即运用小容量STATCOM 按捺闪变合作大容量SVC 补偿无功，防止了STATCOM 选用不对称操控时呈现的算法杂乱等问题。联合操控运转办法算法简洁，操控意图清晰，但其结构或许杂乱，所以在特定领域将会得到开展。
4 运用及现状
STATCOM 概念于20 世纪80 时代提出，实践运用首要会集在90 时代，首要运用的有日本的依80 Mvar(1991 年)，美国的100 Mvar(1995年)，丹麦依据4 500/3 000A GTO的依8 Mvar(1997年)的STATCOM。因为STATCOM技能含量较高，把握并运用这一技能的首要有日本、美国、德国、英国、我国等国家。我国首台依20 Mvar 的STATCOM 是由清华大学与河南省电力局在1994—1999 年一起研发，已于1999年3 月在河南省洛阳市向阳变电站投入运转[7]。关于这一技能，在2007年由湖南大学的罗安等人就依据STATCOM 与SVC 的电能质量调理器和谐操控办法、由郭育华等人就STATCOM 的操控办法申请了国家专利。
STATCOM的运用工程一般具有：在电力半导体器材选用上，绝大多数是依据GTO 和IGBT 的;在主电路上，大容量高压STATCOM 首要选用变压器耦合多重化技能，中低容量和电压的DSATCOM较多选用三电平缓/或PWM 改换器;根本选用VSC;体系操控方针多样化;大容量STATCOM多选用水冷办法等特色。
据不完全统计，自榜首台大容量STATCOM设备面世以来，全世界现已投入运营的大容量(10 MVar 及以上)STATCOM 工程超越20 个，总的可控容量超越3 000 Mvar。它们有的安装在输电网络中用于潮流操控、无功补偿和进步体系安稳性等，归于FACTS 领域;有的安装在配电和用电网络，用于改进电能质量和进步供电牢靠性，归于用户电力领域，即用户电力操控器的D-STATCOM。表1给出了部分工程运用的根本状况，阐明晰自STATCOM 面世以来的开展状况，这仅仅一少部分，能够看到，STATCOM 主电路从开始的开关器材耦合，逐渐开展为多个开关器材串联运用，结合VSI，选用NPC 结构，而且用PWM 进行操控，然后使STATCOM 设备具有愈加安稳与优秀的功能。
5 结语
停止同步补偿器(STATCOM)技能自面世以来得到了飞速的开展，多重化和链式结构运用于大容量STATCOM 是世界上广泛重视的技能，可是要处理好器材的均压和不平衡操控等问题。大容量高电压的停止同步补偿器仍是往后研讨的要点，别的新的功率模块如IPM 的研讨开发将会为STATCOM技能带来新的活力。STATCOM是柔性沟通输电体系的中心，有用的无功补偿对电力体系甚至国民经济有着重要的含义。
