电力系统并联补偿与静止无功补偿器的课件

1、第4章 电力系统并联补偿与静止无功补偿器 电力系统补偿可按接入方式分为并联补偿、串联补偿和串并联混合补偿三种 。其中，并联型FACTS控制器是并联补偿设备的主要成员。 并联补偿是在电力系统中接入并联电容器、并联电抗器或静止补偿器，以补偿系统的无功功率和维持系统的电压水平的措施。1各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功功率，为数不多的同步电动机可以发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率。当系统中出现无功功率缺额时，系统各负荷电压将下降。而且系统电压值并不统一，不同地点具有不同的电压值。电力系统的无功功率电源除发电机之外，还有电容器、同步调相机、静止补偿器等。2并联补偿器的目的

2、增加传输功率，改进稳态传输特性，提高系统的稳定性。 重载条件下 采用各种并联、固定或机械开关连接的电抗器减小线路过电压。 轻载条件下 采用并联、固定或机械开关连接的电容器来维持电压的幅值。 目的 3一、并联补偿 1、电力系统并联补偿的特点： 只需要电网提供一个接入节点，另一端为大地或悬空的中性点，因此接入电网很方便。 接入方式简单，不会改变电力系统的主要结构；而且通过调节并联补偿输出，可以在系统正常运行时接入系统，并将接入造成的影响减到最小，甚至可以做到无冲击投入运行和无冲击退出运行。 并联补偿设备要么只改变系统节点导纳矩阵的对角线元素，要么可等效为注入电网的电流源，因此并联补偿的投入对电力系

3、统的复杂程度增加不多，便于分析。 4 并联补偿设备与所接入点的短路容量相比通常较小，并联补偿对节点电压的补偿或控制能力较弱，它主要是通过注入或吸收电流来改变系统中电流的分布。因此，并联补偿适合于补偿电流。 并联补偿只能控制自身注入的电流，而电流进人电网后如何分布则由系统状况决定，因此并联补偿通常能使节点附近的一定区域均受益，适合于电力部门采用；而串联补偿可以针对特定的用户采用，更适用于特定用户的补偿。基于此，电流源性质的装置比电压源性质的装置更加适合于并联补偿。 并联补偿设备需要承受全部的节点电压，因此并联补偿设备的输出通常受系统电压的限制。52、并联补偿在电力系统中的应用并联补偿在输电网和配

4、电网中都得到广泛应用。 在输电网中主要功能是改善潮流可控性、提高系统稳定性和传输能力； 在配电网中主要功能是提高负荷电能质量和减小负荷对电网的不利影响（如不对称性、谐波等）。常见的方式有两种： 安装于输电线路的受电端（负荷侧）； 在长传输线中间增加变电站（即线路分段）并布 置并联补偿设备。63 并联补偿的作用 并联补偿通过向系统中注入电流或改变系统导纳矩阵的对角元素，可以方便地向系统注入或吸收QP进而可以控制电力系统的功率平衡。 向电网提供或从电网吸收无功和或有功功率； 改变电网的阻抗特性； 提高电力系统的静态稳定性； 改善电力系统的动态特性； 维持或控制节点电压； 通过控制潮流变化阻尼系统振

5、荡； 快速可控的并联补偿可以提高电力系统的暂态稳定性； 负荷补偿，提高电能质量等。7电力系统的动态性能主要包括以下三项指标。 过渡过程时间。对于稳定的电力系统，当其受到扰动后将从一种稳定状态过渡; 某些重要状态变量在过渡过程时间ts中的振荡次数; 一些重要状态变量的超调量。 8电力系统受到干扰后，从一个稳态过渡到另一个稳态的过渡过程时间越短，振荡次数越小，超调量越小，则称电力系统的动态性能越好。良好的动态性能对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。电力系统的主要作用是为用户提供安全可靠和经济优质的电能，电力系统中任何的过渡过程一般都伴随着功率的变化。由于所有负荷均被设计为在一定的额定电压下正常工

6、作，所以电压则通常是用户所直接关心的参数。因此要保证电力系统的动态品质就要关心电力系统中功率的过渡过程和过渡过程中电压的动态性能。 9 典型的输电系统中，系统1（送端）通过输电线（等效阻抗为 X）送到系统 2（受端）的有功功率为 式中 ，为两端母线电压相角差。10 输电系统的并联无功补偿可在一定的范围内改变节点电压，进而对系统传输的有功功率进行控制。 因此，在电力系统受到扰动的过程中，并联补偿设备可以控制节点电压和线路功率，从而缩短输电系统的过渡过程，降低过渡过程中状态量的超调并抑制其振荡。所以，只要为并联补偿设备设计合适的控制规律，即可改善电力系统的动态性能。11输电线路分段和中点并联补偿

7、在简单输电网传输线中间“插入”一个理想并联补偿装置，将原传输线等分为两段，如图（a）所示，不计线路损耗和电容充电效应，并设 ，则很容易得到各电压和电流相量之间的关系如图（b）所示，进而推导出线路功率为：12并联补偿装置提供的功率为 补偿后线路传输的有功功率以及并联补偿器需提供的无功功率与送-受端母线电压相位差（功角）之间的关系如图（c）所示。可见，采用线路分段和中间并联补偿后，两系统之间的传输容量大大增加，最大值增加1倍；但前提是“插入”的并联补偿装置能提供快速和大量的无功功率以维持分段处母线的电压。1314并联的中点无功补偿能够显著提高线路传输的有功功率。并联补偿器的最佳位置是传输线路的电气

8、中点，是因为补偿前电压幅值沿着传输线先逐渐下降而后上升，在电气中点处的压降最小，在该处将线路一分为二，并采用并联补偿将其压降完全补偿，能最大限度的提高传输容量。如果线路被分为不相等的两段，则较长线段的传输功率将决定线路的最大传输功率。 15线路长度一定时，分段数增加一倍，传输功率也增加一倍。增加分段的数量，有利于减少沿线电压的变化。 分散的并联补偿器具有实时和没有限制的无功功率吞吐能力分布式补偿须与所在段的电压基波相位保持同步，并使传输电压维持在规定的幅值，它不能随负载的变化而变化。16X/2ismimrX/2理想补偿器（有功功率p=0)d /2d /217jX/4ImsljX/4IlmjX/

9、4ImnjX/4InrUlUsUmidUnUrIslIurIlmImnUsU1UrUsUmidInrImnIlmIslX/4X/4X/4X/418并联补偿提高系统电压稳定性电压稳定性是电力系统在正常运行条件下遭受扰动之后系统所有母线都持续的保持可接受的电压的能力，其核心问题是系统（包括负荷）的无功功率特性，而并联补偿能提供稳态和动态的无功补偿，因此对改善系统的小干扰和暂态电压稳定性都具有重要作用。并联补偿可以提高小干扰（或静态）电压稳定性。19 分析静态电压稳定性的辐射型简单电力系统，无穷大电源 通过线路电抗X向一纯阻抗负载 供电。负荷吸收的有功功率及负荷节点电压分别为： 当负荷为纯电阻，即

10、时，负荷吸收的有功功率为2021 随着负荷阻抗的变化，负荷吸收的有功功率也发生变化，当 时，负荷吸收的有功功率最大，为 综合上面式子有： 取功率因素不同值时，利用上式可以绘制图4-6所示的负荷P-V关系曲线。2223 分析图4-6可知，电源通过电抗X向负荷传输的有功功率存在最大值。当电抗X上电压降落大小等于负荷电压大小时，传输功率等于最大值。 对于一定的功率因数，如果负荷功率小于最大值，则对应的阻抗值有两个。其中一个位于曲线的上半部，是正常运行点；而另一个位于上半部，是不正常的运行点。 如果在负荷母线处接入并联补偿，对负荷的无功功率进行补偿，提高负荷的功率因数，则可以有效地提高系统的电压稳定性

11、。由图4-6b曲线可知，并联补偿不仅可以提高系统的电压稳定性，还能调节负荷的电压水平。24并联补偿装置位于未补偿前的电压跌落最大处，能调节接入点的母线电压，进而提高线路传输容量。在实际应用中，根据多目标的控制需要，如提供无功、电压调节、增强系统传输容量等，来确定并联补偿的分布与控制方式。结论：25并联补偿提高输电系统暂态稳定性暂态稳定性：是指电力系统受到大扰动后，过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。针对单机无穷大系统，分析如何通过并联补偿来提高电力系统的暂态稳定性。发电机采用二阶数学模型： 26单机无穷大系统发生故障（大干扰）的过程可分为三个阶段来分析。故障发生前 系统处于正常运行状态，

12、发电机的转速w为1，而发电机输出的电磁功率与原动机输入的机械功率相等，即 。功角特性为 其中27 故障期间在双回输电线中一回的首段发生故障，如下图。按照正序等效定则，暂态稳定分析中可以仅考虑在线路故障处对地接入一个正序阻抗来等效故障对传输功率的影响。相应的功角特性为：28故障切除后 由于电力系统装设了继电保护，因此故障发生一段时间后，继电保护动作将故障线路切除，如下图。相应功角特性为： 其中，29 采用等面积定则来判断单机无穷大系统在系统故障后能否保持暂态稳定，其运行特性可用下图的功角曲线来分析。正常运行时，功角特性为P1，发电机输出的电磁功率等于原动机输入的机械功率，系统运行在a点；发生故障

13、时，发电机功角特性变 为P2，由于发电机输出的电磁功率 比原动机功率低，因此发电机转子 加速，功角增大；功角增大到 时，继电保护动作 切除故障，此时功角特性变为P3， 由于发电机输出功率大于原动机 功率使得发电机转子开始减速， 如果功角不超过 ，则发电机在切除故障后能够保持暂态稳定。30几个概念：加速面积、减速面积、最大减速面积根据等面积定则，当最大减速面积大于等于加速面积时，能保证发电机暂态稳定，否则发电机将失去稳定。如果在故障期间减小发电机转子的加速面积或在故障切除后增加发电机转子的减速面积即可提高系统的暂态稳定性。 31P29-P44 为电力系统暂态分析中关于暂态稳定的内容回顾326.4

14、 电力系统的暂态稳定性暂态稳定性：指系统受到大扰动后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的稳定运行方式或恢复到原来稳定运行方式的能力。大扰动：短路故障、切除输电线路或发电机组或切除大容量负荷。33一、暂态稳定分析计算的基本假设1.电力系统机电暂态过程特点2.基本假设(1)忽略发电机定子电流的非周期分量和与之对应的转子电流的周期分量.(2)发生不对称故障时,不计零序和负序电流对转子运动的影响.(3)忽略暂态过程中发电机的附加损耗(4)不考虑频率变化对系统参数的影响(4)发电机采用E恒定的简化模型(不考虑发电机调速器的作用）发电机电磁功率急剧变化大扰动发电机转速变化转子上出现不平很转矩功角变化34

15、二、简单电力系统暂态稳定性分析1.三种运行情况下的功率特性351.三种运行情况下的功率特性1）正常运行情况361.三种运行情况下的功率特性2）短路情况371.三种运行情况下的功率特性3）短路切除后情况381.三种运行情况下的功率特性一般:XIXIII1，即 时，为使w保持在1，应减小w，即使 ，为此必须增加发电机输出的电磁功率或减小原动机功率； 当w1时向系统注入无功，抬高节点电压，增加发电机输出的电磁功率；WUm则 a=0和 Usw=UminULUcUswCiUL82下 页上 页返 回所有情况下电容的投切只需遵循两个简单的原则： 如果电容器的初始电压低于交流电压峰值（Uc0ILF(a)IC=

16、ILF(a)IQ=ILF(a) ICILF(a) IC感性容性损耗取消固定电容电流后引起的固定损耗 随着容性无功输出电流的增加，则总的损耗将减少。随着TCR支路感性无功电流的进一步增加，并使它大于容性输出电流后，则系统总的净无功输出变为感性无功。98下 页上 页返 回 晶闸管投切电容器与晶闸管控制电抗器 组成的无功发生器 晶闸管投切电容器与晶闸管控制电抗器所组成的合成补偿器，用于电力传输系统的暂态补偿，降低待机损耗，增加系统运行的灵活性。 在给定的容性输出范围内，由n个TSC支路和一个TCR组成。 UiC3iQiL(a)SW3SW2SW1SW4iC2iC1Q=UIL1(a)-IC

17、n99下 页上 页返 回UiC3iQiL(a)SW3SW2SW1SW4iC2iC1在给定的容性输出范围内，支路数根据实际情况决定，它应考虑运行电压等级、最大无功输出、晶闸管开关阀的电流额定值、母线工作和安装成本等。 在感性无功输出范围内，也要根据所允许的最大感性无功输出需求，适当考虑增加TCR的支路数。 100下 页上 页返 回UiC3iQiL(a)SW3SW2SW1SW4iC2iC1在第一区间，无功发生器的输出从零到QCmax/n范围可控 。在该区间只有一组电容器投入运行。在第2和第n个无功补偿区间，容性无功输出可在QCmax/n到 2QCmax/n 、和(n1)QCmax/n到QCmax的

18、范围内可控，通过控制TCR的控制角a抵消少许富余的容性无功。 101下 页上 页返 回 为了将电容器组在一个交流电压周期中投入到电网，或从电网中切除，应使无功发生器总输出无功中的最大容性富余容量限制在一个电容器组的容量之内，理论上，TCR的额定无功容量应与TSC的容量相当。然而，为了确保在各区间边界无功切换的平滑进行，TCR的实际额定容量应比TSC的额定容量略大一点，这样就可保证TSC的“切入”和“切出”之间的交界区域具有足够的重叠余量。102下 页上 页返 回QCQQLQQCdemandQLdemandC3“进”C3“出”C3“进”C3“出”C3“进”C3“出”TSC的容性无功输出Qc是以阶

19、跃变化方式变化的，使它的无功输出接近系统所需的无功容量，但略有一定的富余，可用相对较小容量的TCR输出感性无功QL 抵销富余的容性无功。 103下 页上 页返 回TCR触发延时角控制TSC1通/断控制TSC1TSC2“通”要求 TSCn“通”要求 电容和电抗的电流计算IqrefIe1L1L/2L/2C1TCRUiL(a)i0 TSC+TCR静止无功发生器的功能控制原理104下 页上 页返 回确定需要投入TSC支路的数量，使补偿电流近似等于所需的容性输出电流，但应保留一定的富余，然后再计算感性电流幅值，使之能够抵消富余的容性电流。根据“无瞬变”过渡过程的原理，投入相应的TSC支路。计算上述感性电

20、流所对应的控制角a，并在该控制角下控制TCR支路的运行。TSC+TCR静止无功发生器控制应具备的 功能： 105下 页上 页返 回TCR触发延时角控制TSC1通/断控制TSC1TSC2“通”要求 TSCn“通”要求 电容和电抗的电流计算IqrefIe1L1L/2L/2C1TCRUiL(a)i0所有已投入电容支路的电流总合与参考输入电流的幅值之差，即TCR支路需要输出的基波电流幅值。 106下 页上 页返 回 根据“无瞬变”过渡过程的原理，投入相应的TSC支路应满足图中所示的无瞬变投切的两个简单原则。即要么晶闸管开关阀电压为零，要么晶闸管开关阀电压为最小值时投切电容器组。 UuuCtUuuCt1

21、07下 页上 页返 回UCCUSW与与或LC开关阀电压和电容电压极性测量触发脉冲发生器TSC导通的条件：“导通”1&USW=1 或“导通”1&PT=1&Upol=1当UC=u 时，USW=1当u=Uc 时，PT=1当u与UC的符号相同时，Upol=1“导通”要求PT（同步）UUpelUSW TSC无瞬变切换方法的逻辑执行功能108下 页上 页返 回 TSC+TCR组合型无功发生器对TCR触发控制角a的控制，它与上图所示的FC+TCR组合型无功补偿器的控制相同。 UCiCiQRef(BRef)iFLiL(a)iC同步定时电路变流器电流延时角iL(a)=KF(a)触发脉冲发生器109下 页上 页返

22、 回i=ic+iLiciLiqref所需无功功率（由滞后到超前）三个电容器组成的TSC+TCR组合型无功发生器的运行波形110下 页上 页返 回UICILUCmaxULmaxICmaxILmaxBCBLmax0BCmax=2BC 两个TSC组成的TSC+TCR组合型无功发生器的UI特性 采用两个或更多的TSC支路进行无功补偿时，在需要增加容性输出时，所涉及到的一个或多个电容器组的初始电压在投切的瞬间都会满足所希望的极性和幅值要求。111下 页上 页返 回TSC+TCR组合型无功发生器传递函数与FC+TCR相同,可用下式表示 : 当需要增加容性输出时，它的最大传输延时Td为FC+TCR的两倍，即

23、在单相运行时，传输延时Td为1/f=T，在三相平衡运行时为1/(3f)=T/3。 112下 页上 页返 回TSC+TCR组合型无功发生器的损耗和无功输出之间的特性与它的具体运行情况有关。 UiC3iQiL(a)SW3SW2SW1SW4iC2iC1QCQQLQQCdemandQLdemandC3“进”C3“出”C3“进”C3“出”C3“进”C3“出”113下 页上 页返 回随着容性输出增加，更多的TSC支路投入运行，每投进一组TSC，损耗增加一个固定值。 iC1iC2iC3iQSW3SW2SW1SWLUiL(a)IQ=ILF(a)=ICnnIQ=ILF(a)容性感性C2C1C3损耗 固定损耗与T

24、CR的损耗之和为TSC+TCR组合型无功发生器总的损耗。 TSC+TCR组合型无功发生器总的损耗与它的无功输出成正比。 114下 页上 页返 回4.2.2 开关型无功发生器 静止同步发生器 有合适的电源，能像机械式交流电机一样与交流系统交换有功功率。没有旋转部分的补偿装置。同步补偿器(静止同步调相机) 没有外部能量支撑的补偿装置类似于旋转的同步补偿器或调相机。115下 页上 页返 回变流器（DCAC变流器 ） 利用各种直流交流产生可控无功的开关变流器 。整流器（周波换流器 ） 利用各种交流直流产生可控无功的开关变流器 。变流器功能将直流功率转变为交流功率。 116下 页上 页返 回功率变流器是

25、由一组固态开关所组成，它们将输入与输出端连接在一起。变流器的瞬时输入功率等于瞬时输出功率。如果变流器的输入端是能够发出有功功率的电压源或是无源电压源，则它的输出端必须与电流源相连接。如果变流器的输入端接的是电流源，则输出端应与电压源相连。117下 页上 页返 回电压型变流器与电流型变流器的区别电流型变流器需要双向电压阻断性能的功率半导体器件。电流型变流器中的电抗器所产生的损耗要比由电压型变流器中电容产生的损耗大得多。电流型变流器在它的交流输出端子上与电压型器件相连，一般用容性滤波器来代替。电压型变流器在它的交流输出端子上与电流型器件相连。 118下 页上 页返 回 基本工作原理

26、同步补偿器的无功输出电流由系统电压、补偿器内电势、同步电机的电抗加上变压器漏抗和系统短路阻抗所合成的总回路电抗来决定。 系统母线耦合变压器电机同步电抗加变压器漏感励磁EXUI119下 页上 页返 回相应的无功功率为：通过控制同步旋转电机的励磁，控制与系统电压平衡的电机自感电势的幅值，控制无功功率的输出。 系统母线耦合变压器电机同步电抗加变压器漏感励磁EXUI120下 页上 页返 回同步调相机具有旋转无功发生器特征的同步电机。 改变变流器输出电压的幅值，就可以控制变流器与交流系统之间无功功率的交换。 系统母线耦合变压器XU+UdcCSDC-AC开关变流器U0I121下 页上 页返 回开关型无功功

27、率发生器的基本变流器结构UdcUoaUdcUocUobUoaUdcUocUobUoaUdcC/2C/2122下 页上 页返 回48脉冲变流器输出无功功率时的典型输出电压和电流波形10-1p.u0641081412ms16输出电流218输出电压线电压fh=48n1Uh=U1/(48n1)20123下 页上 页返 回由充电电容支撑的直流电源所提供的有功输入功率为零，交流侧得到的瞬时有功功率之和也为零,直流电容器输出的无功功率也应为零。直流储能电容需根据上述要求进行控制，使变流器与系统之间的瞬时输入/输出功率始终保持相等。为了保证瞬时输入和输出功率的相等，在直流电容端电压恒定的情况下，变流器必须能够

28、从直流储能电容中汲取对应的波动电流(纹波电流)。 124下 页上 页返 回输入电流中的纹波分量完全是由于输出电压的波动分量所造成的，它与构成输出电压波形所使用的不同控制方式有关。 理想的电压型变流器所构成的静止无功发生器能够输出正弦电压，并能从交流系统吸收正弦无功电流，且直流电容提供的输入电流可以为零。实际应用中，直流电容中的储能会由于变流器半导体开关切换的内部损耗而耗尽。 125下 页上 页返 回变流器从交流系统吸收少量的有功功率，弥补内部的损耗，使电容电压维持在希望的电压等级。相角调节器可通过增加或减少电容电压来控制无功的产生与吸收，控制变流器输出的电压幅值。变流器输出电压和交流系统电压间

29、的幅值之差可决定无功电流的大小和方向，确定变流器输出或吸收的无功大小。 126下 页上 页返 回无论变流器是否工作在理想状态，在无功输出的暂态变化中，直流电容能够在系统的输入和输出之间建立必要的能量平衡。变流器就可以控制它与交流系统之间有功和无功功率的交换，这种变流器就具有静止同步发生器的功能。变流器控制有功和无功功率交换有效地用于功率振荡的阻尼、降低功率需求的峰值，为关键负载提供不间断的电源。 127下 页上 页返 回 基本控制方法 静止变流器或无功发生器的触发命令是由变流器内部产生，该功能是无功发生器一部分，它根据无功和/或有功参考信号的要求输出相应的控制信号。这个参考信号可

30、以是操作人员下达的指令、系统参数形成的控制规律，或是外部输入的控制信号，所有这些就可决定STATCOM的运行功能。128下 页上 页返 回 内部控制是变流器整体的一部分，它的主要功能是按给定的幅值和相角控制变流器开关的动作，并产生与交流系统同步的基波输出电压。这种由内部控制的功率变流器可以看作是内阻抗为耦合变压器漏电抗的正弦同步电压源，而该电压源的幅值和相角则由STATCOM系统适当的外部参考输入信号来控制。 129下 页上 页返 回内部控制器的主要功能是控制变流器的功率开关，以产生同步输出的电压波形，并完成补偿所要求的无功（有功）功率的交换。 输出电压幅值和相角计算变流器门极触发模式发生器能

31、量储存aU0PTIQRefIPRefu: (U 0)偶合变压器变流器输出的电压幅值和相角由内部参数决定，这些参数能控制变流器输出/输入的无功电流，即能控制变流器与系统之间交换的有功和无功功率。静止并联补偿器SVC和STATCOM130下 页上 页返 回Uo(+a)Uo(-a)UoF(+a)=U(+ a)sinwt(u+ u)dc(u- u)dcUdc极小wt0UoF(-a)=U(+ a)sinwtwtwtwtUm sinwtq*q0q=q+q*-a+aU0两电平变流器 静止并联补偿器SVC和STATCOMCu0: (U0 (a) 0)i0Udcidc=f(a)udc= idcdt1C131下

32、页上 页返 回uUsinwt0wtwtwt000tqqawtuomaxuo(0aX时，斜率就会增加，UT /U 1，此时端电压将无法进行调节。 静止并联补偿器SVC和STATCOM153下 页上 页返 回系统阻抗是反馈控制的一个主要部分，控制系统的响应时间由系统阻抗所决定的，因而也能决定控制系统的稳定性。控制系统在所希望的最大系统阻抗（即最小的短路容量）下进行优化。 式表明：静止并联补偿器SVC和STATCOM154下 页上 页返 回e-j0.0004ssjw=j2pfConve-j0.00277sTSCTCRe-j0.00277s0-90-180-270110fHZ1001000角度e -T

33、ds(s=j) 项随频率变化的相角特性，TSC的Td值为4.44ms，TCR的Td值为2.77ms，变流器的Td值为0.4ms。 静止并联补偿器SVC和STATCOM155下 页上 页返 回URUG1G2X=X/k1+T1Se-TdSH = 11+T2S假设:Xmin=4.761Xmax=9.422k=0.846SVC类的TSC和TCR: TdTSC=4.44ms，变流器的STATCOM: Tdconv=0.4ms，T2=4ms，由此可得：静止并联补偿器SVC和STATCOM156下 页上 页返 回40200-20-4020logGHXf=0=20logX/SLP=14dB20logGHX11

34、01001000fHz增益dB0-90-180-2701101001000fHzL11+0.014sL11+0.004sL(e-j0.0004s)sjw=j2pf角度补偿类型：STATCOM (a) 系统：强（X=4.761),T1=0.014sL(GH)=L(G1G2H)低阻抗对应的强系统下STATCOM的增益和相角频率特性 静止并联补偿器SVC和STATCOM157下 页上 页返 回40200-20-4020logGHXf=0=20logX/SLP=20dB20logGHX1101001000fHz增益dB0-90-180-2701101001000fHzL11+0.014sL11+0.0

35、04sL(e-j0.0004s)sjw=j2pf角度补偿类型：STATCOM (b) 系统：弱（X=9.422),T1=0.014sL(GH)=L(G1G2H)高阻抗对应的弱系统下STATCOM的增益和相角频率特性静止并联补偿器SVC和STATCOM158下 页上 页返 回40200-20-4020logGHXf=0=20logX/SLP=14dB20logGHX1101001000fHz增益dB0-90-180-2701101001000fHzL11+0.004sL11+0.034sL(GH)=L(G1G2H)L(e-j0.00444s)sjw=j2pf角度补偿类型：SVC(TSC/TCR)

36、 (a) 系统：强（X=4.761),T1=0.034s低阻抗时的强系统下SVC的增益和角频率特性 静止并联补偿器SVC和STATCOM159下 页上 页返 回40200-20-4020logGHXf=0=20logX/SLP=20dB20logGHX1101001000fHz增益dB0-90-180-2701101001000fHzL11+0.004sL11+0.034sL(GH)=L(G1G2H)L(e-j0.00444s)sjw=j2pf角度补偿类型：SVC(TSC/TCR) (b) 系统：弱（X=9.422),T1=0.034s高阻抗时的弱系统下SVC的增益和角频率 静止并联补偿器SV

37、C和STATCOM160下 页上 页返 回4.3.3 暂态稳定性的增强和功率振荡的阻尼 暂态稳定性的增强 暂态稳定性电力系统受到大的扰动后能够恢复到稳定运行的能力。 在给定功率等级和故障清除时间下，系统的暂态稳定性主要取决于后故障系统的功角P 特性。故障清除后通过维持传输电压和控制终端电压来加强系统的暂态稳定性。 静止并联补偿器SVC和STATCOM161下 页上 页返 回X/2X/2静止补偿UsUrUmP2.01.0PMUm=UUmUA2A2SVCSTATCOMP(p.u)d0pdcrit 与 Um= 恒定didcrit 与 Ic= 最大无补偿通过SVC和STATCOM瞬时增

38、加中点传输电压以提高暂态稳定性 静止并联补偿器SVC和STATCOM162下 页上 页返 回静止无功发生器电压测量调理电路PI控制器理想调节器UT=URef ,UT=0UT辅助输入直接输入URefUTURCi0Z(w,t)UTU,dIqRefPE=0电力系统URefPM为了实现图中控制方案、增强系统的暂态稳定性，可将信号DU与固定基准电压信号URef相加。静止并联补偿器SVC和STATCOM163下 页上 页返 回在主要扰动的第一个振荡周期内增加基准电压提高暂态稳定性 静止无功发生器电压测量调理电路PI控制器理想调节器UT=URef , UT=0URef=URef+UUT故障恢复和功率摆动的系

39、统参数URefUT+UTi0Z(w,t)IqRefURefUUiUT+UT(t),fT+ fT(T)fPIU测量处理执行电路电力系统静止并联补偿器SVC和STATCOM164下 页上 页返 回 功率振荡的阻尼 静止无功发生器电压测量调理电路PI控制器理想调节器UT=URef , UT=0URef=URef+Kd(d)/dtUT功率潮流或频率变化测量电路URefUT+UTi0Z(w,t)IqRef电力系统UReffT d(d)/dtUiUT+UT(t),fT+ fT(T)UPEdtd(d)/dt 在功率振荡时能够提供端电压的调节 静止并联补偿器SVC和STATCOM165下 页上

40、页返 回静止无功发生器电压测量调理电路PI控制器理想调节器UT=URef , UT=0URef=URef+Kd(d)/dtUT功率潮流或频率变化测量电路URefUT+UTi0Z(w,t)IqRef电力系统UReffT d(d)/dtUiUT+UT(t),fT+ fT(T)UPEdtd(d)/dt 根据频率或潮流变化调节静止无功发生器的基准电流以消除功率振荡的方法之一静止并联补偿器SVC和STATCOM166下 页上 页返 回4.3.4 无功运行点的控制 补偿器控制的目的将补偿器的无功输出限制在给定的参考值附近，使它能快速改变它的输出以消除瞬时扰动。 采用自动控制实现静止无功补偿器具有处理暂态系

41、统运行的能力，它能调节补偿器的工作点以维持它预先确定的无功储备。静止并联补偿器SVC和STATCOM167下 页上 页返 回静止无功发生器电压测量调理电路PI控制器理想调节器UT=URef ,UT=0URef=URefkIQdtUTURefUT+UTi0Z(w,t)URefUUiUT+UT(t)电流测量调理电路缓慢偏差积分器kIQdtIQIQIQIQ*电力系统 无功储备控制方案静止并联补偿器SVC和STATCOM168下 页上 页返 回213UTUSVCSTATCOM系统UT - IQICIQ*0IL快慢补偿器运行在UI曲线的工作点“1”，若系统出现扰动，使端电压幅值产生了DUT的负突变，使输

42、出电流由稳态值IQ*增加到Ic2，并使补偿器在UI曲线的工作点“2”上运行。静止并联补偿器SVC和STATCOM169下 页上 页返 回在无功储备控制回路中便产生偏差信号IQ经过缓慢积分后，使电压调节器的参考信号发生变化，迫使补偿器缓慢减小它的输出电流。最终，补偿器在UI曲线新的稳定点“3”运行。213UTUSVCSTATCOM系统UT - IQICIQ*0IL快慢静止并联补偿器SVC和STATCOM170下 页上 页返 回4.3.4 补偿器控制总结 静止无功发生器电压测量调理电路PI控制器UT功率谐振阻尼URefUTi0Z(w,t)UT+UT(t),fT+fT(t)U,dIQRef过电压限制

43、PMi电压校准循环U/IQ偏差特征VAR存储瞬时稳定增强I0UTI0TfpfTpUwM+wM(t)电力系统SSR阻尼UTwM(t)(fT(t)自动输入URef静止并联补偿器SVC和STATCOM171下 页上 页返 回USVG电力电路接口接口SVG内部控制补偿器内部控制控制面板和CRT监控管理控制和状态监控实时控制系统变量的测量光介质连接辅助设备和系统状态输入SCADA 静止补偿器运行控制的主要功能模块 静止并联补偿器SVC和STATCOM172下 页上 页返 回补偿器控制系统应包含： 各种开关型变流器、TSC和TCR构成的补偿器应具有大容量的高电压开关阀、无功发生器内部操作所要求的高精度实时

44、控制、以及系统所需要的补偿功能之间的接口。系统和设备中各有关变量的测量和调理电路。与补偿器各部分相连的监控和状态监测数据。静止并联补偿器SVC和STATCOM173下 页上 页返 回具有图形显示的CRT用户接口，应是能与所有监视器、键盘和数据录入的定点接口适配的单机电脑。该电脑一般与状态处理器串行连接，具有合适的图形显示器和控制软件。通过界面能得到大量的信息，并能以图像和数字的形式进行操作、诊断和维护。 静止并联补偿器SVC和STATCOM174下 页上 页返 回4.4 STATCOM和SVC的比较 4.4.1 UI和UQ特性 0.3UT瞬时额定1.00.

45、40.4ICILIcmaxILmax瞬时额定(t1秒)0.3UT1.00.4QCQLQcmaxQLmax瞬时额定(t1秒)瞬时额定容性感性 STATCOM的UI特性 STATCOM的UQ特性 静止并联补偿器SVC和STATCOM175下 页上 页返 回0.3UT瞬时额定1.00.40.4ICILIcmaxILmax瞬时额定(t1秒)0.3UT1.00.4QCQLQcmaxQLmax瞬时额定(t1秒)瞬时额定容性感性 STATCOM的最大容性或感性输出电流可以不依赖交流系统电压，它输

46、出或吸收的最大无功容量会随着交流系统电压的改变而线性变化。静止并联补偿器SVC和STATCOM176下 页上 页返 回0.3UT1.00.4ICILIcmaxILmax瞬时额定(t1秒)UT1.00QCQLQcmaxQLmax瞬时额定(t1秒)容性感性 SVC的UI特性 SVC的UQ特性 SVC最大补偿电流随交流电压的降低而线性减少，它的最大无功输出则与该电压的平方成正比。静止并联补偿器SVC和STATCOM177下 页上 页返 回4.4.2 暂态稳定性 000.421.4p1p/22.4P/P0X/2X/2SATACO

47、MIcmax3Icmax2Icmax1dUS=U d/2Ur=U -d/2 STATCOM在系统电压很低时能够保持输出全部容性电流的能力，使得它在改善系统的暂态稳定性方面比SVC更加有效，特别是对第一振荡周期所发挥的稳定作用。 静止并联补偿器SVC和STATCOM178下 页上 页返 回000.421.4p1p/22.4P/P0X/2X/2dUS=U d/2Ur=U -d/2Bcmax3Bcmax2Bcmax1在达到最大容性输出电流ICmax之前，STATCOM相当于理想中点并联补偿器的运行 。 000.421.4p1p/22.4P/P0X/2X/2SATACOMIcmax3Icmax2Icm

48、ax1dUS=U d/2Ur=U -d/2静止并联补偿器SVC和STATCOM179下 页上 页返 回X/2ismimrX/2理想补偿器（有功功率p=0)d /2d /22PmaxP,QPmax0ppd带理想中点无功补偿器的两机模式 静止并联补偿器SVC和STATCOM180下 页上 页返 回000.421.4p1p/22.4P/P0X/2X/2dUS=U d/2Ur=U -d/2Bcmax3Bcmax2Bcmax1dCd1 用STATCOM提供并联补偿比SVC实现的并联补偿能传输更多的功率。 000.421.4p1p/22.4P/P0X/2X/2SATACOMIcmax3Icmax2Icma

49、x1dUS=U d/2Ur=U -d/2d1dC余量P1/P0静止并联补偿器SVC和STATCOM181下 页上 页返 回4.4.3 响应时间 STATCOM传递函数G2中的时间常数比SVC的时间常数小一个数量级，这个时间常数反映了电能控制中“传输滞后”的内在特性。STATCOM和SVC两种补偿器的闭环电压控制特性均可由下式表示静止并联补偿器SVC和STATCOM182下 页上 页返 回4.4.4 交换有功功率的能力STATCOM可以通过适当的储能接口与交流系统交换有功功率 。STATCOM和交流系统间的无功和有功功率交换可以独立进行控制，也可与任何有功功率和无功功率的产生与吸收设备组合起来一

50、起使用。 使用耗能设备代替昂贵的储能设备只要通过STATCOM就可从交流系统吸收功率。 静止并联补偿器SVC和STATCOM183下 页上 页返 回4.4.4 不平衡交流系统的运行 SVC对每相建立一个相同并联导纳的控制, 在不平衡系统电压的作用下通过调节TCR的控制角，对三个导纳分别进行独立地控制，使补偿后的三个系统电流达到相等。在不平衡系统条件下,STATCOM要求电压型变流器交流侧和直流侧的瞬时功率在任何时刻都相等,变流器交直流端的净瞬时功率必须相等。静止并联补偿器SVC和STATCOM184下 页上 页返 回0000000UabUcbUdciaibicIQ故障期间，变流器内部所产生的负序电压平衡了交流系统中大部分的负序电压分量，使故障期间的系统得到实质上的平衡。 静止并联补偿器SVC和STATCOM185下 页上 页返 回0000000UabUcbUdciaibicIQ故障期间，STATCOM提供了2.0 p.u.的容性补偿电流，即达到了它的最大输出容量，但同时也造成了相当程度的三次谐波畸变。 静止并联补偿器SVC和STATCOM186下 页上 页返 回0000000UabUcbUdci