大容量静止无功补偿装置介绍.

1、电力输电系统面临的挑战电力输电系统面临的挑战o 需求需求n 传输更多的功率传输更多的功率n 更好的电能质量更好的电能质量n 更高的可靠性更高的可靠性n 更低的成本更低的成本o 限制限制n 安全极限安全极限n 扰动性负荷扰动性负荷n 开放性要求开放性要求n 环境影响和规划许可环境影响和规划许可FACTS FACTS 柔性交流输电技术柔性交流输电技术并联补偿并联补偿串联补偿串联补偿G G 0 将电力电子技术、计算机技术将电力电子技术、计算机技术和现代控制技术应用于电力系统，和现代控制技术应用于电力系统，可以对电力系统的网络参数和网可以对电力系统的网络参数和网络结构实施灵活快速的控制，从络结构实施灵

2、活快速的控制，从而控制网络潮流，而控制网络潮流，以满足电力系以满足电力系统安全、可靠和经济运行的要求统安全、可靠和经济运行的要求 潮流控制潮流控制静止无功补偿的目的静止无功补偿的目的p 稳态稳态n无功控制无功控制n电压控制电压控制n系统潮流控制系统潮流控制p 动态动态 n故障后的恢复故障后的恢复n稳定极限稳定极限n振荡阻尼振荡阻尼n减轻电压波动或闪变减轻电压波动或闪变静止无功补偿器的优点静止无功补偿器的优点o 无功功率的动态控制无功功率的动态控制n 提高提高50%的输送功率的输送功率n 在更长的距离传输同样的功率在更长的距离传输同样的功率 n 阻尼故障后的功角摇摆阻尼故障后的功角摇摆n 负荷波

3、动的抑制负荷波动的抑制n 负荷的平衡负荷的平衡静止无功补偿器的作用静止无功补偿器的作用cos1X4VQ2p02PmaxPmaxsinXVP24Pmax/2/2ImrIsmEmrErEmEsmEs|Es |= |Er |= |Em |=EEsEmEr理想 补偿器(P=0)P,Q2sinXV2P2pjX/ImrjX/IsmImrIsmX/2X/2(a) (a) 具有理想中点补偿器的双端系统具有理想中点补偿器的双端系统 (b) (b) 矢量图矢量图 (c) (c) 功角特性功角特性 0.90.9超前超前 提高系统电压稳定性提高系统电压稳定性1 11.01.01.01.01.50.9

4、70.97超前超前 0.950.95滞后滞后 0.80.8滞后滞后 E ER R(p.u(p.u.).)1.01.00.51 12 23 3Z ZLNLN/Z/ZLDLDE ER R/E/ES SP PR R/P/PRmaxRmaxI/II/ISCSC=18.2=18.2=84.3=84.3I ISCSC=E=Es s/Z/ZLNLN(a) (a) 原理图原理图 (b) (b) 受端电压、电流和功率受端电压、电流和功率 P P(p.u(p.u.).)(c) (c) 不同功率因数下的电压、功率特性不同功率因数下的电压、功率特性 EsEsE ER RZ ZLNLNZ ZLDLDI

5、 IVar.Var.Comp.Comp.非正常运行非正常运行临界值临界值正常运行正常运行提高系统暂态稳定性提高系统暂态稳定性0a(故障前故障前)23c(故障后故障后)b(故障中故障中)PmaxPmA2A1t(s)A1=A2p0a(故障前故障前)c(故障后故障后)b(故障中故障中)PmaxPmA2A1t(s)A1A2G GEBHTEtFX22X21X1XtrXdFEEB0(a) (a) 原理图原理图 (c) (c) 故障清除后的稳定状态故障清除后的稳定状态 (b) (b) 等效电路等效电路 (d) (d) 故障清除后的暂态失稳状态故障清除后的暂态失稳状态 1210PmaxPmA2A1Amargi

6、n0PmaxPmA2A1XVPsin2Amargin2Pmax2sinXV2P2sinXVP2(a) (a) 未补偿时的暂态稳定分析未补偿时的暂态稳定分析(b) (b) 补偿后的暂态稳定分析补偿后的暂态稳定分析231231提高系统暂态稳定性提高系统暂态稳定性增加系统阻尼增加系统阻尼未阻尼阻尼后未阻尼阻尼后(a) (a) 功率角功率角 (c) (c) 静止补偿器的无功输出静止补偿器的无功输出(b) (b) 输出功率输出功率 10P0PPQ0ttt静止无功补偿器运行点静止无功补偿器运行点系统电压系统电压 U容性电流容性电流感性电流感性电流负载特性负载特性1负载特性负载特性2理想补偿器特性理想补偿器

7、特性实际补偿器特性实际补偿器特性斜坡电抗斜坡电抗通常为通常为2 to 10%功率半导体器件的发展功率半导体器件的发展1001010.10.01100100010 0001010010 0001000Trend闭锁电压 (V) 换流器开关频率 (kHz)Power-MOS10 kWLV-IGBTHV-IGBTGTOIGCT4 MW7 MW15 MW40 MW趋势关断电流 (A)典型额定功率Thyristor1 MWFACTS FACTS 并联补偿技术发展并联补偿技术发展慢速无功设备慢速无功设备第一代第一代机械开关设备机械开关设备晶闸管控制组件晶闸管控制组件第二代第二代 基于基于VSC的技术的技术

8、GTO, IGBT, IGCT第三代第三代快速无功设备快速无功设备 断路器延迟断路器延迟 2 - 3 周波周波 1- 2 周波周波 响应时间响应时间V-控制控制I-控制控制: 1 周波周波FACTS FACTS 并联补偿方案配置并联补偿方案配置MSC / MSRMechanical SwitchedCapacitors / Reactors电抗器 开关电容器SVCStatic Var Compensator电抗器晶闸管阀 控制和保护变压器电容器STATCOMStatic CompensatorGTO/IGBT阀控制和保护变压器直流电容器 保护基于基于VSCVSC的静止同步补偿器的静止同步补偿器

9、（STATCOMSTATCOM）SVCSVC和和STATCOMSTATCOM的电压的电压- -电流特性比较电流特性比较1.01.00.30.2I IC CI IC Cmaxmax0 0I IL LI IL LmaxmaxI IC CI IC Cmaxmax0 0I IL LI IL Lmaxmax(a) STATCOM(a) STATCOM的的V-IV-I特性特性 (b) SVC(b) SVC的的V-IV-I特性特性 V VV V世界范围内世界范围内FACTSFACTS和和BTBBTB2, 2 Tian

10、Guang 2003Kayenta 1990Serra de Mesa 1999Imperatriz 1999Fortaleza 1986 Samambaia 2002Virginia Smith 1987Welsh 1995Acaray 1981Drnrohr 1983Etzenricht 1993Wien Sdost 1993 Bom Jesus la Lapa 2002Limpio 2003Ibiuna 20023 Vincent 2000Jacinto 2000Funil 20012 Pelham, 2 Harker, 2 Central, 1991-1994La Pila 1999A

11、tacama 1999P. Dutra 1997Cerro Gordo 1999Chin 1998Impala 2 Adelanto, 1995Jember 19943 Montagnais 1993Amarillo, 19902 Kemps Creek 1989Brushy Hill 1988Rio Largo 19892 Zem Zem 1983Rejsby Hede 1997Sullivan 1995Paul Sweet 1998Inez 1998Marcy 2003Military Highway 2000Kanjin (Korea) 2002Lugo 1985Laredo 2000Spring Valley 1986IllovoAtheneMuldersvlei 19972 Tecali 20023 Juile 2002Barberton 2003Maputo 2003Milagres 19882 Yangcheng 20002 Hechi 2003Eddy County 19922 Dominion 20032 Chuddapah 20032