隨著電動機等非線性負載的增多，低壓配電網(wǎng)的功率因數(shù)、諧波電流、電壓閃變、三相不平衡等電能質量問題變得日益突出。這些問題會造成工業(yè)、商業(yè)、居民等用戶電費的增加、計量儀表準確度失真、變壓器等設備損耗增大，嚴重的還會導致變壓器等設備的損壞。傳統(tǒng)的低壓無功補償采用成組投切電容器或智能控制投切電容器，由于受電容器組本身容量和投切時間的限制，往往造成欠補償或過補償?shù)膯栴}，特別是由于電容器補償容量和線電壓平方成正比關系，當電動機低電壓啟動時，電容器補償往往難以滿足快速補償?shù)男枨蟆?SPAN lang=EN-US>
配電網(wǎng)靜止同步補償裝置（Distribution STATic COMpensator)是一種綜合有源濾波器(APF)，是采用先進的現(xiàn)代電力電子技術、計算機技術、現(xiàn)代控制理論技術、通信技術、制造技術和工藝技術研制和生產(chǎn)的新型配電網(wǎng)電能質量控制和節(jié)能節(jié)電裝置。在理論上對與該裝置的功能和實現(xiàn)方法作了探討和研究。本項目的研制人員在大量汲取國內外研究成果的基礎上，結合國內配電網(wǎng)的具體情況，研制了一種新型的配電網(wǎng)同步補償裝置。本裝置能夠解決動態(tài)連續(xù)的無功補償，具有功率因數(shù)梭正等功能，并且響應速度快。適用于電壓為380V的配電系統(tǒng)，可廣泛應用于供電企業(yè)、油田、冶金以及對電能質量要求較高的精加工企業(yè)，可動態(tài)連續(xù)無級調節(jié)無功功率的輸出或提高功率因數(shù)、消除電流諧波、平衡三相負載、抑制電壓閃變等，與配電網(wǎng)電容器補償相比可以顯著地改善電能質量和提高城市配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
1裝置功能
根據(jù)國內配電網(wǎng)的具體情況，研制的配電網(wǎng)靜止同步補償裝置(D-STATCOM)具有如下功能:(1)采集、計算和處理實時數(shù)據(jù)，分析并記錄實時運行狀態(tài)。(2)快速動態(tài)連續(xù)的無功補償:D-STATCOM的功率器件是采用大功率的絕緣柵雙極型晶體管(IG-BT)，開關頻率為6.4kHz，在每個工頻周期內動作128次，響應時間小于0.2ms，因此可以快速補償系統(tǒng)無功。在補償容量范圍內，裝置投運后功率因數(shù)不低于0.950 (3)諧波治理:在容量范圍內補償配電網(wǎng)電流的低次諧波。降低諧波損耗，延長用電設備的使用壽命。(4)平衡三相負載:采用分相補償方式，利用直流儲能元件，重新分配三相的功率流動，當三相負載不平衡時，裝置對變壓器輸送過來的功率進行重新分配，保證電源輸送過來的三相電一流平衡，延長變壓器的使用壽命。(5)抑制浪涌沖擊，降低系統(tǒng)電壓的波動和閃變。
2裝置工作原理
2.1諧波治理
電力系統(tǒng)中負荷電流可以分解成為兩部分，一部分是基波正弦電流部分，另一部分是諧波電流，兩部分之和是總的負荷電流。進行諧波治理時，將配電網(wǎng)靜止同步補償裝置安裝在系統(tǒng)與負荷間的線路上，通過采用相應的控制策略，使得該補償裝置能夠產(chǎn)生負荷電流中的諧波電流部分，這樣從系統(tǒng)側來看，電源只需要向負荷提供基波正弦的那一部分電流，也就是說，系統(tǒng)電流的諧波被消除了。其中，控制效果與控制裝置的能力、控制策略，與負荷及系統(tǒng)狀況相關。
2.2無功補償
當系統(tǒng)的功率因數(shù)太低時，會造成較大的線損，同時大大減小線路的實際可傳輸容量，這時需要進行無功補償。與前面的諧波治理相似，同樣可以把電流分解成為兩部分，一部分是與電壓完全同相位的電流，即有功電流，另一部分是與電壓成90度夾角的電流，即無功電流。
與諧波治理相似，將配電網(wǎng)靜止同步補償裝置安裝在系統(tǒng)與負荷間的線路上，通過采用相應的控制策略，使得該補償裝置能夠產(chǎn)生負荷電流中的無功電流部分，這樣從系統(tǒng)側來看，實際上電源只需要向負荷提供有功電流，也就是說，系統(tǒng)電流的功率因數(shù)理論上被補償為1。實際的控制效果與裝置的容量、控制策略、同步信號等方面相關。
2.3平衡負載
在理想情況下，系統(tǒng)的三相電流應該是對稱平衡的。然而一般情況下，系統(tǒng)三相電流總是存在著或多或少的不平衡、不對稱。當這種情況比較嚴重的時候，系統(tǒng)會產(chǎn)生較大的中線電流，對配電系統(tǒng)來說在安全上和經(jīng)濟上都是不利的。同樣，可以將電流分解成兩部分:一部分是三相對稱平衡的電流，這一部分正是系統(tǒng)電流的基波正序部分;另一部分則是系統(tǒng)電流的不對稱部分，這一部分是系統(tǒng)電流的負序和零序電流之和。
為平衡負載，將配電網(wǎng)靜止同步補償裝置安裝在系統(tǒng)與負荷間的線路上，通過采用相應的控制策略，使得該補償裝置能夠產(chǎn)生負荷電流中的不對稱部分，即負序電流和零序電流，這樣從系統(tǒng)側來看，實際上源只需要向負荷提供三相對稱平衡的基波正序電流，也就是說，對系統(tǒng)而言實現(xiàn)了負載平衡。實際的控制效果與裝置的容量、控制策略、同步信號等相關。
根據(jù)以上所述的工作原理和功能設計的D-STATCOM裝置，并聯(lián)接在系統(tǒng)與負載之間的，其接線方式如圖1所示。
3應用效果
在某油田饋電線安裝D-STATCOM裝置進行實驗。根據(jù)D-STATCOM裝置的布位情況，分為集中補償和分散補償兩種方式。其中集中補償是根據(jù)需要補償?shù)娜萘?，在變壓器的低壓出口處安裝D-STATCOM裝置，以補償其所帶的幾臺抽油機負載;分散補償是按照每臺電動機需要補償?shù)娜萘?，在電動機負載就近安裝裝置。
(1)集中補償時:通過現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)計算，可得出表1中所示的低壓側與高壓側在投人裝置前、后所對應的電流值。
(2)分散補償時:由于抽油機布點較多，而實驗用D-STATCOM裝置數(shù)量有限，因此選取了七個點安裝裝置進行實驗，測得數(shù)據(jù)如表2所示，根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可以計算得出表3的結果。
通過對節(jié)能效果的分析對比得出:在相同補償容量的情況下，分散補償方案較集中補償方案節(jié)能效果要好，但分散補償需要安裝的裝置數(shù)量較集中補償?shù)亩唷Ｒ虼嗽诰唧w現(xiàn)場使用裝置的時候，可根據(jù)需要補償?shù)娜萘恐贫ㄒ徽椎目傮w規(guī)劃，達到既能實現(xiàn)補償?shù)墓δ埽质雇顿Y最小的配置方案。
在某油田計量間安裝D-STATCOM裝置進行實驗，測得的數(shù)據(jù)如表4所示。從表4的數(shù)據(jù)可以看一出，在D-STATCOM裝置投運后，系統(tǒng)電能質量的各項參數(shù)都有了比較大的改善和提高。
4結論
電能質量直接關系到國民經(jīng)濟的總體效益。美國、日本等國在高壓、大容量電力電子裝置的研發(fā)先行一步，但在基于電力電子技術的配電網(wǎng)自動化方面相對而言投人不大。在我國，雖然總體經(jīng)濟和技術水平還比較落后，但在部分經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)電能質量問題的影響已比較突出。而且，由于各種原因，在供電可靠性和電網(wǎng)電壓幅度的穩(wěn)定水平等指標上，我國的情況尤其落后。如何提高和保證電能質量，已成為國內外電工領域迫切需要解決的重要課題之一。國內在SYC(靜止無功補償)的研究較多，目前有比較成熟的產(chǎn)品。但在動態(tài)連續(xù)無功補償及諧波洽方面的研究起步較晚，還沒有成熟的產(chǎn)品。如何利用電力電子技術開發(fā)一種實現(xiàn)動態(tài)連續(xù)無功補償及諧波治理，補償三相不平衡負荷和零序電流的裝置將是近幾年技術發(fā)展方向。本文給出的D-STATCOM對于提高電能質量有很好的效果。
通常、鋼鐵、冶金、礦山、電氣化鐵路、風電廠以及其他具有或者靠近沖擊件負荷和大容量電動機的工業(yè)領域，特別需安裝配電網(wǎng)分散無功補償器(D-STATCOM)以提高電能質量、供電可靠性和經(jīng)濟性。對于城市配電網(wǎng)中，尤其是醫(yī)院、金融、電訊、科研院所、電子信息和商業(yè)等重要場所的供電，更加關注供電的可靠性和供電的質量。因此D-STATCOM裝置將具有很大的應用前景。
（轉載）
