南方电网临沧供电局 曹丽娟 李廷婷

电力系统的安全问题不仅只是相关电力部门、电网公司的电力安全问题，所有企业的用电安全问题也与之息息相关。“电力五防”从用户的的五个角度提出用电安全相关建议：防止误分、合断路器；防止在带电负荷的情况下对隔离开关进行分、合操作；防止在带负荷的情况下对接地开关进行合闭、对接地线进行挂接；防止带地线送电；防止误入带电间隔。相关学者针对这五个方面从开关的智能化控制、用电网电流/电压监控、用电设备负反馈等方面提出了相关措施，最大程度地降低了人为误操作做成的电力事故[1]。但这五个方面是在电力系统稳定的前提下提出的，仅适用于用户层面的防护。而事实上电力系统的安全防护问题首先应保证供电系统的稳定性，最大程度地减少由于负荷启停、增减等造成的电网波动。

1 STATCOM 无功补偿技术

1.1 发展历程

无功补偿是电力运行中常见的技术操作，能有效避免电压大幅波动情况发生，同时可避免能量浪费、优化运行投入，确保电力负荷的供应。全球范围内有关STATCOM 的研究和应用，是自1980年日本关西电力公司和三菱公司共同研制出容量为20MVar、主电路采用自换相电压型逆变器的STATCOM 以来才得到巨大的进步和发展。随着技术的不断进步，研发了容量大小不一的STATCOM设备，并在电力输送中开始大面积推广应用。

世界上已投运的部分STATCOM 装置研制单位、投运国家、容量（MVar）、投运时间（年）分别为：ABB，德国，±19，2000；ABB，美国，±36×2，2000；ABB，芬兰，±82，2000；EPRI、纽约电力，美国，±200，2001；三菱，美国，±43×2，2002；西门子、韩国电力研究院，韩国，±80，2002；三菱，日本，±20，2003；三菱、美国圣迭戈电气，美国，±100，2003；阿尔斯通，美国，±150，2003。ABB，美国，±100，2004[2]。

我国STATGOM 的发展历程可追溯到1994～1999年，期间清华大学和河南电力公司联手合作共同攻关STATCOM（容量为20MVar）相关技术并研发制造出相应装置，1999年在河南省洛阳市的朝阳变电站进行项目成果的推广应用，成为世界上第四个掌握该领域技术并能够应用的国家。此后清华大学又联合许继集团和上海电力公司开展了大容量（50MVar）、IGCT 链式结构STATCOM 的相关技术攻关研究，并于2006年研发出了相应的装置。同年基于IGBT 的链式结构DSTATCOM 也由武汉大学和中国矿业大学成功研制，并在6～10kV 电压等级的用户网中投入运行。浙江大学牵头和广州智光电气股份有限公司一起对链式结构DSTATCOM装置进行改进研究，主攻客户端无功和谐波带来的技术难题，研发出能补偿、抑制低次谐波的6kV/3MVar 链式结构的装置。

目前DSTATCOM 装置不仅只具备提升功率、进行单一无功补偿的能力，现已能对电能质量进行综合治理，主要采用三相不平衡补偿、电压闪变抑制以及谐波补偿技术。在STATCOM 技术的发展历程中，国内诸多学者都奉献了力量，其中贡献最大、最有名的当属罗安院士和刘文华教授等学者[3]。

1.2 STATCOM 分类

根据应用场合的不同可分为两类。前期学者们研究的STATCOM 装置主要用于补偿电力输送系统，现在研究的DSTATCOM 装置已能够用于补偿配电网。根据系统供电的电源不同可将STATCOM装置分为两类：单相装置和三相装置。前者用的是单相交流电电源，受到固有特性的影响，一般在成本不高、功率不大的场合下进行运用。后者用的是三相交流电电源，根据供电接法不同又将结构划分为三相四线制（星形接法）和三相三线制（三角形接法），采用星形接法的装置根据中线的引出方式差异又可将拓扑结构分为四桥臂和分裂式电容两类。

根据电路结构的不同可将STATCOM 装置分为两类：电流型装置和电压型装置。两者的差异主要表现在三方面：电压型装置的直流侧储能设备采用的是容量较大的电容，具有支撑电压功能，具有阻抗较低的电流回路。电流型装置的直流侧储能设备采用的是较大的电感，具有确保电流不发生突然变化的功能，具有阻抗较高的直流回路，可有效防止因多个开关元件一起导通而产生短路的现象发生，由于电感元件内阻的存而造成了大量的不必要损耗，使得整个设备效率明显减小，且电感元件价格偏高；电压型装置和电流型装置在交流侧输出的信号都为频率较高的脉冲信号，前者是电压信号，需利用电感元件进行处理得到所需的电流。后者是电流信号，需利用电容元件进行处理得到所需的电流；在直流侧电压型装置采用电压控制方式，保证储能设备两端电压不发生变化。电流型装置采用电流控制方式，保证经过储能设备的电流不发变化。

根据输出的电平数不同可将STATCOM 装置分为三类：多电平装置、三电平装置和两电平装置。经对比分析可知，在开关的频率和控制条件相同情况下，输出的电平数越少则电流谐波相对越高，功率开关要承受的电压峰值越大。因此，在要求苛刻、电压较高且功率较大的情况下一般使用多电平装置。

1.3 STATCOM 关键技术

控制技术。STATCOM 在电力输配送中的运用主要有两方面功能：提供无功补偿；稳定电压、改善调节性能、提高输送容量和功率因数、避免畸变电流扩散。当需要保持电压稳定时，STATCOM 装置会在PCC 处吸收注入一定量的补偿电流来确保电压幅值不发生变化，所采用的策略影响着其对电压控制的能力。当提供无功补时电流控制很重要，能控制无功补偿的大小和性质。这里所说的电流控制包括对有功电流的控制，即对总电流的控制，根据电流特性分为直流和间接两种电流控制。

在间接电流控制情况下可把STATCOM 装置看做可控制的电压源，利用输出电压大小的控制以及与电网电压的相位差异来控制无功电流的大小，从而满足动态补偿的要求，一般应用到容量较大的STATCOM 装置上来解决电流不容易控制的问题，缺点是会产生较多的谐波，需采用多电平技术或是多重化技术来降低谐波的产生。现在经常使用的间接电流控制方法有：控制装置的电压（交流侧）与电网电压间的夹角来满足电流控制的要求，此方法结构和操作都比较简单，但动态性能较差，对装置直流和交流侧电压的调节依赖性较大；利用电压（交流侧）与电网电压间的夹角和功率器件导通角的协作控制来实现电流控制要求，此方法优点是具有很高的调节精度，缺点是具有复杂的调节过程，易受影响。

在直接电流控制的情况下可把STATCOM 装置看做可控制的电流源，利用PWM 控制技术来对装置输出的电流信号进行跟踪、调节、控制，具有比较快的响应速度和比较高的控制精度，不易受到影响，一般适用到容量较小的STATCOM 装置。根据电流跟踪的方式可将直接电流控制归为三角波比较与滞环比较两种。

滞环比较是指把指令电流信号和装置的输出电流信号间的差值输入到滞环比较器（2H 的宽度）里进行比较，差值比上限H 大时产生脉冲开关信号并输出，增加输出电流的大小；相反，如差值比下幅值-H 小时输出控制信号从而减小输出电流的大小。滞环比较器的宽度设置直接影响着电流控制，宽度过大或过小都会存在精度、可使用寿命有影响，缺点十分明显，改善的代价较高，因此现场推广使用比较难。

三角波比较是指在一定的载波频率下利用跟踪电流的误差调节控制信号来当做调制波的办法，是开关频率相对固定的方法，把电流信号和装置的输出电流信号的差值输入到电流调节器中，使其产生电压信号，并与三角载波比较从而得出脉冲信号用于开关，达到电流控制的目的。其结构相对简单、操作容易，但缺点也很突出，响应比较慢，控制偏差不确定等。

2 结语

电力五防一直都是各个用户企业关心的主要问题，它从人员的日常用电规范入手，从五个用电角度阐述了保障用电安全的相关内容。但由于负荷等的变化引起的电网波动问题也是导致区域用电风险的关键因素，因此如何保障电网系统的平稳运行，最大程度地减少电网波动应该纳入到用电安全中。