动态补偿器在输电网中的应用

1、第五节动态补偿器在输电网中的应用一、动态补偿器的功能动态补偿器于20世纪60年代开始应用于电力网，动态补偿器是无功功率快速调节的新技术。由于其可提供连续变化的感性无功功率和容性无功功率，跟踪补偿输电网中的无功负荷的快速变化，在给定范围内实现平稳的电压控制，因此已大有取代同期调相机的趋势。动态补偿器的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应速度，通过发出或吸收无功功率来控制其所连接的输电系统的节点电压。所以，它可下述功能：(1)调整电力系统的电压。(2)减少母线电压波动，提高电压质量。(3)改善电力系统的动、静态稳定。(4)降低暂时过电压。(5)校正电压和电流不平衡。(6)降低线损，增

2、加输电线路的输送能力。(7)抑制电力系统的功率振荡。(8)阻尼电力系统的次同步谐振。二、应用于输电网动态补偿器的种类20世纪70年代开始逐步应用于生产实际中的动态补偿器曾先后出现过不少型式。目前看来，有发展前途的主要有直流助磁饱和电抗器型、晶闸管控制电抗器型和自饱和电抗器型三种。晶闸管控制的并联动态补偿器，主要有两种类型：固定连接的电容器(fixed capacitor)加晶闸管控制的电抗器(thyristor controlled reactor)，简记为FCTCR；晶闸管开关操作的电容器(thyristor Switched capacitor)加晶闸管控制的电抗器，简记为TSCTCR三、

3、几种补偿设备的比较几种常用的补偿设备的简要比较表如表7-2所示。当然，表72的比较是粗略的，因为每种类型的补偿装置都可以设计成许多不同的特性和不同的用途。还有几种补偿设备没有列入表72中，例如：晶闸管控制的高阻抗变压器(TCT)，其特性类似于TCR。但前者需特殊设计的变压器，因其阻抗高，设计较麻烦，运行维护、备品等均不便，其滤波器直接接入高压，技术较复杂。直流助磁式饱和电抗器。其调节回路是直流磁化的铁芯线圈，改变直流励磁电流可以改变交流线圈的反电势，从而改变调节回路的电流及无功吸收量，但其缺点是响应速度慢。断路器操作的电容器和电抗器，在电网中正在大量使用。与TSC和TCR相比，它的优点是：结构

4、简单，价格低，损耗较小；其缺点是响应速度慢，调节性能差，操作过电压高，不宜频繁操作。日本三菱公司生产的静止型无功功率发生器SVG(static var generator)。该无功功率发生器可迟相也可进相，它不用电抗器和电容器，而用晶闸管阀和变压器。通过调节晶闸管阀，可以调节变压器的输出电流与电网电压间的相角。与FCTCT相比，SVG省去了电容器，但使用了较多的晶闸管阀，还要附加一套启动设备。表7-2 几种基本形式补偿设备比较表区分同期调相机FCTCRTSCTCR多相自饱和电抗器结构旋转机械静止的可控硅设备、电抗器与电容器静止的可控硅设备、电容器与电抗器变压器型设备与电容器无功功率能力迸相迟相

5、迟相进相(间接的)进相迟相(间接的)迟相进相(间接的)控制连续的连续的连续的(仅有TSC时为阶梯式)连续的响应速度较慢快快快(但带斜率校正电容器时较慢)谐波不产生谐波(谐波很小)产生谐波需加滤波器TSC不产生谐波，TCR产生谐波，需加滤波器无17次及19次以内谐波损耗中等小损耗随迟相电流增加而增加小损耗随进相电流增加而增加小损耗随迟相电流增加而增加适应性(可编程序控制)在响应速度限制之内好很好很好冗余及灵活不好相平衡能力受限制好受限制受限制限制过电能力好中等有限较好(受斜率校正电容器限制)旋转惯性有无无无补偿的准性好很好很好好可否直接与超高压电网连接不可电抗器不可电容器可不可电抗器不可电容器可

6、启动慢快暂态过程最小快有一点暂态过程快有一点暂态过程安装和维护工作量大小小小价格高较低较低较低四、FC-TCR型动态补偿器FCTCR方式是用晶闸管的相位控制，调整电抗器电流，从而调整无功功率的方式。FC-TCR方式的基本结构如图77所示。TCR本质上是一个可变的空芯线性电抗器，流过晶闸管的电流用的触发角a控制。图720是FCTCR方式的原理方框图。五、TSC-TCR型动态补偿器晶闸管操作的电容器(TSC)与晶闸管控制的电抗器(TCR)相结合的动态补偿器TSC-TCR的原理结线图如图721所示。在滞后相位的区域中运行时，切断TSC；在超前相位的区域中运行时，接入TSC。组合方式与FCTCR相比较

7、，能使TCR部分的容量减小，从而减小高次谐波分量，减少功率损耗，因此改善了后者在大干扰下的暂态特性和损耗特性。U。这种组合方式的动态补偿器一般由12个TCR和N个TSC组成，N的数量取决于操作的水平、最大补偿容量和晶闸管阀的额定电流等因素。在理想情况下，TSC的晶闸管开关分合电容器组无暂态过程。所谓理想情况是指：(1)晶闸管在电源电压正弦波的正或负的峰值瞬间引燃。(2)电容器预充电为与电源电压同极性且幅值相等。此时跨过晶闸管阀的额定电流等因素。在实际情况下，条件(1)可以达到，而条件(2)常常不能完全满足。因此要有一个很短的暂态过程，可以认为近似于无暂态过程。每组电容器串联一个小电抗器，为了减

8、少涌流和防止在主要谐波频率下的谐振。TSC输出的电容性无功功率是阶梯式可调的，它与TCR配合可以得到平滑可调的无功功率输出。六、补偿器的应用1电力系统分析研究在电力系统中装设动态补偿器的目的主要是抑制电压波动、改善功率因数及提高稳定性。根据系统负荷的特点，即电流随三相平衡状态而变化、变化速度比较慢等，在实际广用中可选用TCR方式或TCR与TSC的组合方式。但在确定动态补偿器的最佳安装地点和主要参数时，还必须对电力系统进行分析研究：一般地说，主要有以下几个方面：(1)根据电力网的结构进行潮流计算、调压计算和必要的稳定计算。(2)根据电网结构和动态补偿器的使用目的，决定合理的动态补偿器的容量、装设

9、地点、型式和动态补偿器的外特性等主要电气参数。动态补偿器的外特性，即电压无功功率特性(或表达为伏安特性)，对各种不同的动态补偿器型式进行方案比较，主要考虑下述需要：动态连续可调范围，最大电感性容量及最大电容性容量；响应时间要求；外特性斜率要求；功率限制要求；补偿容量的最大阶差数额；注入电网的最大允许谐波成分；功率损耗估算。(3)绝缘配合计算。(4)注入电网的谐波分析计算和滤波器设置方案。2应用举例我国应用的第一套动态补偿器是由瑞典ASEA公司引进的，安装在500kV平武线的凤凰山变电所，于1 982年投入运行。此后，各电网又装设了几套，其中东北电管局从500kV海大线工程引进的一套动态补偿器，因大连南关岭变电所缓建，改在建设中的沈阳变电所安装。其简化接线图如图722所示。其中晶闸管控制电抗器l05Mvar，配以五次谐波滤波器12Mvar，七次谐波滤波器3Mvar，其有效最大感性无功功率容量为90Mvar，三角形接线。其作用是抑制快速的电压波动。断路器操作的电容器三组，每组60Mvar，最大容性无功功率为l80Mvar，目前先装2组，共1 20Mvar。其任务是抑制大的而且时