《直流输电与FACTS技术》课件第七章 典型的FACTS控制器

1、1内容提要1 并联型补偿装置特点及类型2 SVC和SVG介绍3 串联型补偿装置特点及类型4 TCSC和SSSC介绍5 定制电力技术27.1并联补偿装置的特点（1）并联补偿只需要电力系统提供一个节点，另一端为大地或悬空的中性点，因此可以容易的接入电力系统。（2）并联补偿装置要么只改变节点导纳矩阵的对角线元素，要么可以等效为注入电力系统的电流源。3并联补偿装置的特点（3）并联补偿装置与所接系统短路容量相比通常较小，因此并联补偿对系统电压的控制能力通常较弱，而它主要通过注入或吸收电流改变系统中电流的分布，因此并联补偿适合于补偿电流。（4）由于并联补偿只能控制接入点的电流，而电流进入电力系统后如何分布

2、由系统本身确定，因此并联补偿产生补偿效果后通常可以使节点附近的区域受益，适合于电力部门采用。4并联补偿装置的特点（5）并联补偿装置需要承受全部的节点电压，而其输出电流要么是由所承受的电压决定的，要么是可以控制的。因此并联补偿装置通常受系统电压的限制。5并联补偿装置的作用维持或控制节点电压向电力系统提供或从系统中吸收无功功率向电力系统提供或从系统中吸收一定的有功功率提高电力系统的静态稳定性提高电力系统的暂态稳定性通过控制功率变化，改变电力系统的动态特性，阻尼系统振荡6并联补偿装置的分类（1）阻抗控制型并联补偿装置，按照并联补偿装置器件不同可以分为机械投切阻抗型装置，如传统的断路器投切电抗器、电容

3、器等；晶闸管投切或控制的阻抗型装置，如SVC。（2）电流控制型并联补偿装置，基于变流器的可控型有源补偿装置，如STATCOM（3）能量控制型并联补偿装置，补偿装置配有储能系统，可输出功率的性质分为有功功率与无功功率。如抽水蓄能电站、并联超导储能系统、电池储能系统、飞轮储能系统等。1. SVC （Static Var Compensator） 基于电力电子技术的一种动态无功功率补偿装置，将电抗器与电容器结合起来使用，实现无功补偿的双向、动态调节。7.2 静止无功补偿器SVC2. 分为晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器组（TSC）、TCR并联固定电容、TCR并联TSC等形式， 可动态地将

4、系统电压保持在一定范围内，有利于提高系统稳定性。静止无功补偿器SVC（5）通过控制无功减少线损。（6）抑制电压闪变。（7）改善由于单相大负荷造成的三相不平衡。3. 功能主要：（1）通过动态无功功率的快速调节，提高电力系统稳定性。（2）抑制由于负荷、发电机、传输线停运以及短路等造成的系统振荡。（3）抑制由于线路投切等造成的系统稳态过电压，维护电压水平。（4）在诸如大容量电动机启动这样的负荷投运时，稳定母线电压。4. 背景： 世界上第一台输电用的SVC是由美国GE公司制造的，主要用于电压控制。目前SVC已在全世界范围内得到广泛应用，世界上装设于超高压输电系统的SVC已达到180多台。静止无功补偿器

5、SVC我国情况： 我国SVC制造情况，西安电力机械制造公司于1989年8月为湖北大冶钢厂制造了我国第一台相控电抗型SVC装置并投入运行，最早在工业领域中应用，然后再逐渐的应用于输电网中。101010晶闸管投切电容器TSC 提供超前的无功动态投切分级调节TSC型SVC5. 类型：111111晶闸管控制电抗器TCR通常与固定电容器配合电容器提供超前的无功TCR提供滞后的无功，大小连续可调总体上既可提供超前的无功，也可提供滞后的无功可连续动态调节。 通过改变可控硅开放角调节等效基波电抗。TCR型SVC12基波电流有效值为：I1= (U/ L)（2-2+sin2a）/U：相电压有效值 L：电抗器基波电

6、抗（）可以通过控制电抗器L串联的反并联晶闸管的触发角来控制电抗器吸收的无功功率的值。 13可实现无功功率连续、快速调节，其调节过程通常可在几个周波内完成 SVC的原理及应用使用最为广泛的为TCRFC型静止型动态无功补偿装置(SVC)( static var compensator)QVtQctQTCRtQTCR- QCtQV +QTCR- QCt只要QN（系统）=QV（负载）-QC+QTCR=恒定值（或0），功率因数就能保持恒定，电压几乎不波动。 1415静止型动态无功补偿器（SVC）的构成（现场平面）1516静止型动态无功补偿器（SVC）的构成（动态回路）发出控制信号及触发脉冲改变回路导纳，

7、从而改变感性无功7.2 静止无功发生器SVG基于可自关断器件（GTO、IGBT、IGCT）实现的静止无功发生装置（Static Var Generator，SVG，又称为Static Compensation, STATCOM） 具有控制特性好、响应速度快、体积小、损耗低等优点，并已开始在工业现场中推广应用。18SVG的基本原理SVG的工作原理SVG可以等效为一受控的电压源等效电路超前电流滞后电流根据不同的逆变器输出电压，可以得到不同相位和波形的电流。四种工作模式：（1）空载模式（2）容性模式：向系统提供无 功，大小可以通过Ui进行调节。（3）感性模式：向系统吸收感性无 功，大小可调。（4）有

8、源滤波模式：通过Ui调节，产 生补偿谐波电流所需的电流。静止无功发生器SVG与SVC相比，SVG通过可控电压源方式实现无功功率的动态补偿，优点：（1）SVG具有更好的控制特性。SVC在系统电压较低时，表现为电容的特性，即无功随电压的降低按平方关系下降。而SVG则在低电压时，表 现为定电流特性，因而无功功率只随电压的降低按一次方关系下降。（2）SVG采用PWM控制，具有更快的响应特性。（3）SVG中，无功调节不是通过控制容抗或感抗的大小实现的，因而，无需直接与系统连接的电容器或电抗器，不存在系统谐振问题，且大大减小了设备体积。相同容量下，SVG体积约为SVC的1/3。（4）由于SVG三相的出力可

9、以各自独立地进行控制，因而可以用于三相不平衡负荷的动态补偿。这一点对SVG用于电气化铁道、电弧炉的电压波动补偿非常有利。（5）SVG具有有源滤波器的特性，可以用于需要有源滤波的场合。21SVG的基本结构SVG的常见拓扑结构两电平、三电平方案简单的三相桥式结构低压IGBT串联的三相桥式结构中压、高压多电平方案 链式结构多重化结构2222变压器多重化方案23链式结构方案24仿真与实验结果负荷补偿补偿无功补偿前电压和电流补偿后电压和电流 u: 6kV/div i: 200A/div 25仿真与实验结果负荷补偿补偿5次谐波u: 6kV/div i: 200A/div 补偿前电源电流SVG输出电流补偿前

10、电源电压补偿后电源电压26仿真与实验结果负荷补偿补偿无功和谐波补偿前电压和电流补偿后电压和电流 u: 6kV/div i: 200A/div 27仿真与实验结果负荷补偿补偿无功、谐波和负序u: 6kV/div i: 200A/div 补偿前三相电流补偿后三相电流28河南20Mvar SVG变压器多重化电路结构 29上海50Mvar SVG（2006）30 50MVar SVG的单相10个链节 50MVar SVG的监控系统上海50Mvar SVG（2006）31SVG工程应用32Slow VARS1st GenerationMechanicallySwitched DevicesThyrist

11、or SwitchedComponents2nd GenerationVSC Technology3rd GenerationFast VARS无功补偿发展历史337.3串联补偿的特点（1）串联补偿需要电网提供两个接入点。相对而言，串联补偿装置比并联补偿装置的系统接入成本要高一些。（2）串联补偿装置会改变导纳矩阵的非对角元素，或者等效为注入的电压源。（3）串联补偿能直接改变线路的等效阻抗或通过插入电压源来改变传输线的电压自然分布特性，从而调节电压分布，对电压和潮流的控制能力强。34（5）串联补偿装置需要承受全部的线路电流，而其输出电压要么是由所承受的电流决定的（TCSC），要么是可以控制的（S

12、SSC）。（4）串联补偿可以针对特定的用户，因而对特定用户的补偿采用串联补偿更加合适。35改变系统的阻抗特性进行潮流控制，优化分布，减小网损加强电网互联，提高电网的传输能力提高电力系统的静态稳定性快速可控的串联补偿可以提高电力系统的暂态稳定性通过控制潮流功率变化，改变电力系统的动态特性，阻尼系统振荡串联补偿装置的作用36串联补偿装置的分类（1）机械投切阻抗型补偿装置，固定串补FSC。（2）晶闸管投切或控制的阻抗型串补装置，如TCSC等。变阻抗型静止补偿装置（3）基于变换器的可控有源串补装置，如SSSC等，能在一定程度独立于线路电流的变化而调节串联补偿电压377.4 串联补偿装置串联电容补偿的主

13、要目的是降低输电线路从送端到受端间总的等效串联阻抗。 串联补偿基本概念X/2Xc/2Xc/2X/238假设传输线路的等效阻抗为X，则串联电容补偿电路的等效传输阻抗Xeff可表示为：移项后得：k：串联补偿的补偿度，定义为：39晶闸管控制串联电容（TCSC） iCUC(a)iC(a)=i+iL(a)SWLiL(a)TCSC的稳态阻抗就相当于LC并联电路，其等效电抗就是固定容抗Xc和一个可变电抗XL()的并联值： XL=L，a :以电容电压峰值为基准得到的延迟角40iCSWLXC(a)容性感性0aL lim感性范围0aaLlim容性范围aL limap/2wtp/2aC limaraLaaClim运

14、行限制谐振：XL(ar)=XCClim/2，此时对应的XTCSC()是容性TCSC有两个工作区间0Llim，对应的XTCSC()是感性41U=Usin(wt-j)PRef (RRef)QRef (XRef)PPQ电压型变流器能源（可选）控制-耦合变压器将具有内部控制的电压型变流器看成是同步电压源，只需容量较小的直流储能电容就能够满足运行要求。7.4静止同步串联补偿器(SSSC)42XLPidUs=Ur=U 在线路电流给定的前提下，串联电容上的电压强迫串联线路电抗上反极性电压幅值随着电容电压的增加而增加。 43XLPidUs=Ur=U同步交流电压源的输出与串联电容电压相等，能够起到串联电容补偿同

15、样的补偿效果。即 44无补偿正极潮流补偿负极潮流补偿A相线路P,Q线路A相注入Q注入时间（25ms/格）U2iQPUqiQp在注入电压由正到负的过零转换中，功率潮流的变化非常平滑和连续。 45统一潮流控制器UPFC(串并联型)UPFC简化原理图467.5 定制电力技术有源电力滤波器（APF）动态电压补偿器（DVR）统一电能质量控制器（UPQC）基本原理有源电力滤波器采用与交流滤波器完全不同的原理，通过产生于补偿谐波形状一致、相位相反的电流，来抵消非线性负荷产生的谐波电流，以使谐波不会流入公共供电回路。有源电力滤波器（APF active power filter）有源电力滤波器（APF）APF由四个部分组成（1）无功电流或谐波成分检测部分。（2）控制系统。