可控串联补偿输电技术.doc

可控串联补偿输电技术 　　摘　要：首先介绍了灵活交流输电系统（FACTS）中晶闸管控串联电容（TCSC）补偿方法的功效，如增大动态和暂态稳定输电限制、增大传输功率以及缓解次同步谐振（SSR）和系统电压崩溃现象。同时介绍了TCSC的运行原理和配置情况 。最后介绍了一个大电力系统互联技术作为工程实践的实例。 　　关键词：串联电容器； 暂态稳定性； 次同步谐振；低频振荡 　　0　前　言 　　用电容器串联在输电线路上，以起到抵消部分线路电感、从而提高线路输电容量的作用已经有50多年了。这种串联补偿方式在电网中已被大量采用，其效果很显著，但也存在着一些问题。串联补偿最明显的效果是可减少线路电压降，提高输电线受端电压，起到提高输电容量的作用。另一个更重要的效果是可减小输电线的功率角，从而增进电网的稳定性。因此，对于有稳定要求的系统，串联补偿也可同时提高了输电容量。　　串联电容补偿使线路等值参数中的电抗值减小，从而使得电压降和功率角相互减小。由于串联电容的容抗值是固定的，所以，传统的串补只能在补偿和不补偿2种状态下选择运行。虽然有的固定串补可以分成几段补偿，每段可以自行投入运行或被旁路（不补偿），但也不能随时按要求补偿。 信息来自:输配电设备网 　　可以想到，如果在系统发生事故的瞬间线路能迅速提高补偿，将会进一步提高系统的暂态稳定。固定串联补偿还会引起发电机轴的扭振，或称为次同步谐振，他主要是由系统和串联电容的自然振荡频率电流与汽轮机和发电机转子轴系统产生谐振的结果，这种谐振会损坏发电机的轴系统，而解决这一问题的最好措施是采用补偿可调的方式。　　为了解决次同步谐振问题，美国电科院的Hingorani曾经提出在串联电容上并联一组晶闸管控的电阻电感[1]，这种装置以他的名字命名为GNH，这就是可控串补的前期形式。上世纪90年代晶闸管控电抗器式的静止补偿器已经相当成熟，他调节电抗的作用既迅速又精确，用他调节电容电抗，既可以克服次同步谐振的问题，又可以增进系统稳定，提高输电容量。早期的可控串补工程就是利用了静止无功补偿器的硬件设备［2］。对于可控串补的研究，在90年代有了很大的进展，并且取得较多的实用性的成果。　　可控串补的正式名称是晶闸管控串联补偿（thyristorlled compensation, TCSC），可控串补的原理图见图1。其中，C是串联电容，L是电感线圈，V是反并联的晶闸管阀，B是旁路断路器。晶闸管的导通角受到控制器的控制，由于导通角的变化使电感L上的电感电流IL发生变化，IL和电容电流IC0组成新的电容电流IC，他在C上产生的电压VC与IC0所产生的电压VC0不同。这样就从IL的变化引起了VC的变化，相应的容抗XC与没有IL时的XC0也不相同，使串联电容的等值容抗根据控制器在动态情况下连续调节。信息来自:输配电设备网 图1　可控串补原理图 信息来源: 　　1　可控串补的功效 　　1.1　提高输电容量、增进系统稳定　　可控串补提高输电容量有两部分作用，除了与固定串补相同的减小电抗的作用外，可控串补又有其独特的作用，就是可控串补可按需要自动快速地反应电网的变化，在任何时间均可发挥最大或最佳的补偿效果［1］。 　　1.1.1　暂态稳定　　说明可控串补增进稳定作用可利用功角关系。系统的传送功率P与线路电抗X成反比，即信息来源: 　　　　　　（1） 信息请登陆:输配电设备网 　　其中，E、V是送、受端电压，δ是E、V间的相角即功率角。对稳态，当功角δ超过π/2后，δ增加时传输功率反而下降，这样系统将不能维持稳定同步运行。如果在线路上串联电容，其容抗为，线路的补偿度为K，信息来源: （2） 信息来源: 　　有串联补偿的线路，其传输功率为信息来自: 　　　　　　（3）信息来自: 　　当K值达到0.5时，功率增到一倍以上。但固定串补由于防止发电机自激等问题，K不可能取值过大，一般都在0.3以下。事实上，超高压交流输电受其他因素所限，也不必要采用过大的补偿度。　　暂态稳定与前述不完全相同。在系统发生短路故障时，送受端电压会降低，从式（3）看到电压降低使输送功率下降，发电机由于转子存储着能量，在功率突然下降后转子能量将使转子加速，送端发电机加速让输电的功率角δ加大，如果原动机输入能量汽或水不能立即切断，降低功率后加速能量会在δ增大期间聚积，如果故障经过一段时间被切除，送端电压恢复，δ由于转子惯性仍大增大，此时输送功率将超过故障前的量，因而形成减速能量，当减速能量消耗掉故障切除前的加速能量，发电机停止加速，功率角将逐渐恢复到原有的δ值。如果减速能量到功角为初值δ仍不能平衡加速能量，系统将失去稳定进入异步状态而被继电保护切断线路。 　　如果有串联补偿，切除故障后输送功率用式（3）应该大于式（1）输送的功率。如果有可控串补