柔流輸電系統(tǒng)（FACTS）使用固態(tài)電力電子設(shè)備來增強控制并提高電網(wǎng)的電力傳輸性能。輸電效率低下占電網(wǎng)能量損失的8%至9%，使用FACTS來調(diào)節(jié)電壓，提高功率因數(shù)，調(diào)節(jié)諧波并穩(wěn)定整個系統(tǒng)，可以使電網(wǎng)系統(tǒng)更好，更高效地運行。

交流功率流

靜態(tài)同步補償器（STATCOM）使用現(xiàn)代電力電子設(shè)備來控制通過交流（AC）傳輸網(wǎng)絡(luò)的功率流，從而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。該器件有時被稱為靜態(tài)同步調(diào)振器 （STATCON），充當分流器，為電流通過電路創(chuàng)建一條低電阻路徑。這些器件屬于靜態(tài)VAR補償器（SVC）類別，使用現(xiàn)代電力電子設(shè)備來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓。

電氣負載

電路為兩種類型的電氣負載供電 - 無功和非無功（或電阻）負載。純電阻負載（例如電加熱器）不存儲電能，并且在施加到交流電源系統(tǒng)時導(dǎo)致電壓和電流之間沒有相移。變壓器、電機或包含電感器或電容器的電路等無功負載通過磁場和靜電荷存儲電能，并根據(jù)交流系統(tǒng)中電壓和電流之間的相移表現(xiàn)出無功潮流。

電氣系統(tǒng)中的功率 （P） 等于電壓 V 乘以電流 I（或 P = VI，P 以瓦特為單位）。在交流網(wǎng)絡(luò)中，電壓和電流之間可能存在相位差（δ），這導(dǎo)致功率因數(shù)小于1。異相功率稱為無功功率，稱為伏安無功 （VAR），即 1930 年采用的無功功率單位。

在交流系統(tǒng)中，功率因數(shù)由負載使用的實際功率與電路中的視在功率之比定義 - 功率因數(shù)較低的系統(tǒng)在負載中具有更多的能量存儲，從而降低整體傳輸效率。

靜態(tài) VAR 補償器

STATCOM屬于一類較大的設(shè)備，當用作FACTS電網(wǎng)的一部分時，稱為靜態(tài)VAR補償器。SVC 連接到輸電網(wǎng)，以通過電容器或電感器調(diào)節(jié)電壓。創(chuàng)建STATCOM設(shè)備的關(guān)鍵是通用電氣在1990年代開發(fā)的柵極關(guān)閉晶閘管（GTO）。

阻性和無功負載

交流電網(wǎng)由電阻和無功負載的組合組成，電網(wǎng)的電壓可以使用無功功率進行調(diào)節(jié)。由于用電端電網(wǎng)上的負載可能每秒變化，因此需要調(diào)節(jié)器件來檢測這些變化并控制系統(tǒng)中的無功電壓量。

讓我們來看看無功功率如何調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的電壓?；叵胍幌拢姎庀到y(tǒng)中的功率P等于電壓V乘以電流I，或P = VI，因此，如果用電端的負載增加，它會從電網(wǎng)吸收更多的電流（I），導(dǎo)致電壓（V）以恒定功率（P）水平下降。為了正常工作，負載還需要其額定電壓。這就是無功電壓發(fā)揮作用的地方。調(diào)節(jié)器件（如STATCOM）檢測即將發(fā)生的壓降，在電容器組中切換并增加系統(tǒng)中的無功電壓以將負載電壓提高到額定值。同樣，用電端負載的降低導(dǎo)致無功電壓分量的減少，電感被接通，從而將負載處的系統(tǒng)電壓降低到其額定電平。

SVC 通過傳輸線路的降壓變壓器運行。電容器（TSC）和電感器（TCR）通過背靠背晶閘管切換，通過增加（TSC）或吸收（TCR）無功功率來控制電網(wǎng)中的電壓。圖片由電氣工作簿提供

增加或吸收無功功率

晶閘管控制的STATCOM器件不斷增加或吸收無功功率，以保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。STATCOM的電壓V1和電網(wǎng)的V2之間的相位角δ決定了電壓支持對電網(wǎng)的貢獻大小。

V1是STATCOM設(shè)備提供的電壓，而V2是輸電網(wǎng)的電壓。圖片由電氣概念提供

在上圖中，無功潮流Q的控制方程為：

[Q=Big（frac{V2}{X}Big）[V1cosdelta-V2]]

如果相位角δ=0，則有功功率的流量變?yōu)榱悖瑹o功功率的流量取決于STATCOM和電網(wǎng)之間的電壓差（V1 – V2）。這提供了兩種可能性：

1.） 如果 V1 大于 V2，則無功功率從 SATCOM V1 流向電網(wǎng) V2

2.） 如果 V2 大于 V1，無功功率將從電網(wǎng) V2 流向 STATCOM 設(shè)備 V1

使用帶有GTO晶閘管的方波逆變器的STATCOM電壓源轉(zhuǎn)換器（VSC）通過改變直流電容器輸入電壓來控制輸出交流電壓，這使得轉(zhuǎn)換器輸出電壓與直流電壓成正比。變壓器將VSC的輸出耦合到電網(wǎng)，中和逆變器產(chǎn)生的方波中包含的諧波。最近，其他高功率半導(dǎo)體器件，如絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和集成柵極換向晶閘管（IGCT），已經(jīng)在STATCOM器件中得到了應(yīng)用。

由于STATCOM的電壓源由直流電容器產(chǎn)生，因此該器件的有功功率能力有限。但是，如果在直流電容器上連接更大規(guī)模的儲能裝置，允許STATCOM獨立發(fā)出或吸收無功功率，則可以增加這一比例，從而進一步提高電網(wǎng)的可控性。

分布式能源

今天的電網(wǎng)看起來與過去幾十年不同，因為間歇性風能和太陽能等分布式能源以及不斷增加的電池儲能系統(tǒng)增加了傳統(tǒng)公用事業(yè)服務(wù)的可變性。維護安全、穩(wěn)定和可靠的電網(wǎng)需要開發(fā)工具，以便對網(wǎng)絡(luò)進行分析，并創(chuàng)建自動系統(tǒng)，以提供近乎即時的電網(wǎng)參數(shù)控制。基于電力電子的并聯(lián)無功補償裝置（如STATCOMS）的持續(xù)發(fā)展將繼續(xù)提高國家電網(wǎng)的性能和可靠性。