静止同步补偿器STATCOM的应用现状和趋势

静止同步补偿器（ＳＴＡＴＣＯＭ）的应用：现状和趋势

袁志昌

刘文华

宋强

（清华大学，北京１０００８４）

匝摘要月本文通过国内外几个典型的应用案例，介绍静止同步补偿器（ＳＴＡＴＣＯＭ）的应用现状，从性能、占地、投资、损耗等方面比较ＳＴＡＴＣＯＭ和ＳＶＣ两种主要动态无功补偿技术的特点和发展趋势。匠关键词卫并联无功补偿静止同步补偿器（ＳＴＡＴＣＯＭ）

静止无功补偿器（ＳＶＣ）

１动态无功补偿技术

随着电力工作者对电力系统动态特性尤其是电压稳定问题认识的深入，动态无功补偿技术受到越来越多的关注。同步调相机、机械投切式并联补偿、静止无功补偿器（ＳＶＣ）和静止同步补偿器（ＳＴＡＴ—ＣＯＭ）等现有的并联无功补偿技术都在一定程度上具有动态无功调节的能力，如：改变同步调相机的励磁电流，可以快速调节其输出无功的大小和方向；机械开关可以控制并联电容器组或电抗器的投入／切除；静止无功补偿器和静止同步补偿器利用电力电子开关器件实现无功的连续、快速调节。然而，由于存在造价高、运行维护困难、环境污染等问题，同步调相机已逐渐被淘汰；机械投切式的并联补偿响应时间在几秒至ｌｍｉｎ范围内，难以满足快速调节的要求。因此，当前技术条件下的动态无功补偿技术通常指由电力电子开关器件控制的ＳＶＣ和ＳＴＡＴＣＯＭ。

动态无功补偿的两种主要形式即静止无功补偿器和静止同步补偿器，虽然两者的名称近似，但原理却有较大的差别。ＳＶＣ是以晶闸管作为开关器件，通过晶闸管将电容器组或电抗器快速投入／切除，实现动态无功补偿，它要求电容器组和电抗器的容量与补偿容量相当，并且动态响应较慢。ＳＴＡＴＣＯＭ则是以更先进的全控型器件（ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ等）构成的电压源逆变器为核心，通过电子回路模拟出电抗或电容的作用，不需要大型的电力设备，体积减小了，同时性能得到提升。

与ＳＶＣ相比，ＳＴＡＴＣＯＭ具有以下一些优点：

１）ＳＴＡＴＣＯＭ的动态无功响应更快。在实际工程应用中，ＳＴＡＴＣＯＭ的响应时间通常为１～２个周，而ＳＶＣ则需要２～３个周。

２）ＳＴＡＴＣＯＭ对电网的谐波污染小于ＳＶＣ，通过简单的多重化，ＳＴＡＴＣＯＭ的输出电压总谐波畸变率可小于５％。

３）输出特性方面，ＳＴＡＴＣＯＭ通过输出电流调节无功，受系统电压影响较小，而ＳＶＣ输出的电压与系统电压成平方关系，在系统电压下降时输出无功能力大大受限。

４）完成相同的控制目标，ＳＴＡＴＣＯＭ和ＳＶＣ需要的无功容量约为１：１．３。５）ＳＴＡＴＣＯＭ占地面积较小，相同容量的ＳＴＡＴＣＯＭ占地为ＳＶＣ的１／５～１／３。

自从１９８０年世界上第一台基于ＧＴＯ器件的ＳＴＡＴＣＯＭ装置在日本投运以来，ＳＴＡＴＣＯＭ作为柔性交流输电系统（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ

ＡＣＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ

Ｓｙｓｔｅｍ，ＦＡＣＴＳ）的一种典型装置，吸引了各国学者和研究人

员的广泛关注。２０世纪９０年代中期以后，ＳＴＡＴＣＯＭ技术逐步进入工业化应用的推广期，统计至２００７年，世界上已安装投运的用于输电网的ＳＴＡＴＣＯＭ约有１６台，另外还有大量用于配电网负荷侧的ＤＳＴＡＴＣＯＭ投人运行。本文将结合国内外主要应用案例介绍ＳＴＡＴＣＯＭ技术的发展现状及趋势。

２

ＳＴＡＫＯＭ的应用现状

表１列出的是世界上已安装投运的用于输电网的ＳＴＡＴＣＯＭ，其中１９８０年日本±２０Ｍｖａｒ、１９８６年

３０８

二十一世纪输配电技术的创新与发展——第六届输配电技术国际会议论文集

美国１１Ｍｖａｒ、１９９７年西门子±８Ｍｖａｒ、１９９９年中国±２０ＭｖａｒＳＴＡＴＣＯＭ都是试验性质的装置，验证了ＳＴＡＴＣＯＭ原理的可行性。１９９７年美国４－２０Ｍｖａｒ、２００３年韩国±８０ＭｖａｒＳＴＡＴＣＯＭ分别是工程的第一期，二期工程可将其扩展成统一潮流控制器（ＵＰＦＣ）。表中其余装置则都是用于提高电网的安全稳定性和输电效率。以下根据文献报道介绍其中的几个典型案例。

表１序号

１２３４５６７８９１０１１１２１３１４１５１６

世界上用于输电系统的大容量ＳＴＡＴＣＯＭ装置

研制者

三菱电机、关西电力［３］西屋公司、美国电科院［４］三菱电机、关西电力［５］东芝、日立、东京电力［６］东芝、Ｈｏｋｋａｉｄｏ电力［７］

西屋公司、美国电科院、田纳西电力［８］西门子［９］９

西屋、ＥＰＲＩ、美国电力［”］清华大学、河南省电力公司［“］ＡＬＳＴＯＭ、英国国家电网（ＮＧＣ）［１２］三菱［１３］

三菱，圣迭戈天然气和电力公司［１４］韩国电科院、韩国电力公司Ｏｓ］ＡＬＳＴＯＭ，美国东北电力０６］ＡＢＢ，奥斯汀能源［１７］

清华大学、许继，上海电力公司［１８．１９］

安装地点日本美国日本日本日本美国丹麦美国中国英国美国美国韩国美国美国中国

容量（ＭＶＡ）

±２０±１±８０±５０×２±１０×２±１００士８±１６０±２０±７５＋１３３／一４１

±１００士８０±１５０±ｉ００土５０

投运时间（年）

１９８０１９８６１９９１１９９２１９９３１９９６１９９７１９９７１９９９１９９９２００１２００２２００３２００３２００４２００６

２．１

１９９１年日本关西电力±８０ＭｖａｒＳＴＡＴＣＯＭ［５］

１９９１年，１３本关西电力公司发起，由三菱公司研制的±８０ＭｖａｒＳＴＡＴＣＯＭ在Ｉｎｕｙａｍａ开关站投运，

其电网接线如图１所示，ＳＴＡＴＣＯＭ位于水电厂群至负荷中心长距离输电线路的中段，安装了这台ＳＴＡＴＣＯＭ之后，输电通道输送功率极限由５３０ＭＷ提高到６２０ＭＷ，提升了约１７％。

另据统计，１３本在２０世纪９０年代共安装了４台用于输电网的ＳＴＡＴＣＯＭ，到２００２年，这４台装置的可用率均在９９％以上，具有非常高的可靠性［７］。

２．２

图１

ＭＷ

日本关西电力－－４－８０Ｍｖａｒ

１９９６年美国ＴＶＡ±１００ＭｖａｒＳＴＡＴＣＯＭＬ８０

Ｓｕｌｌｉｖａｎ变电站位于美国田纳西州东北部，属于ＴＶＡ（Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ

ＳＴＡＴＣＯＭ系统接线图

Ｖａｌｌｅｙ

Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ）管辖，其接线

简图如图２（ｂ）所示。该变电站由５００ｋＶ输电网和４条１６０ｋＶ线路供电，冬季负荷高峰期，该地区负荷可达９００ＭＷ，其中５５％由Ｓｕｌｌｉｖａｎ变电站提供。

Ｓｕｌｌｉｖａｎ变电站在运行中存在以下几个问题：

（１）负荷水平低、输电线路轻载时５００ｋＶ线路电压过高，以前是通过８０Ｍｖａｒ可投切电抗器吸收过剩的充电功率，由于高压电抗器存在发热严重的问题，使用效果不好。

（２）负荷高峰期，线路重载时１６０ｋＶ线路电压过低，通常是由有载调压变压器调节。抽头动作频繁，降低变压器寿命。据统计，该变电站变压器的故障率为１％，其中一半的故障是由抽头引起的，每次变压器故障的损失在１００万美元左右。

（３）变电站与５００ｋＶ电网间联系较弱，仅通过一台１２００ＭＶＡ变压器连接。在冬季 …… 此处隐藏：10965字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……