大容量静止无功补偿装置介绍.ppt

电力输电系统面临的挑战 需求 传输更多的功率 更好的电能质量 更高的可靠性 更低的成本 限制 安全极限 扰动性负荷 开放性要求 环境影响和规划许可 FACTS 柔性交流输电技术 静止无功补偿的目的 静止无功补偿器的作用 提高系统电压稳定性 提高系统暂态稳定性 增加系统阻尼 静止无功补偿器运行点 功率半导体器件的发展 FACTS 并联补偿技术发展 FACTS 并联补偿方案配置 基于VSC的静止同步补偿器（STATCOM） SVC和STATCOM的电压-电流特性比较 世界范围内FACTS和BTB ES ER 并联补偿 jX 串联补偿 G ~ G ~ ? 0 P Q 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，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，从而控制网络潮流，以满足电力系统安全、可靠和经济运行的要求 潮流控制 稳态 无功控制 电压控制 系统潮流控制 动态 故障后的恢复 稳定极限 振荡阻尼 减轻电压波动或闪变 静止无功补偿器的优点 无功功率的动态控制 提高50%的输送功率 在更长的距离传输同样的功率 阻尼故障后的功角摇摆 负荷波动的抑制 负荷的平衡 0 2Pmax Pmax 4Pmax δ/2 δ/2 Imr Ism Emr Er Em Esm Es |Es |= |Er |= |Em |=E Es Em Er 理想 补偿器(P=0) P,Q jX/Imr jX/Ism Imr Ism X/2 X/2 (a) 具有理想中点补偿器的双端系统 (b) 矢量图 (c) 功角特性 0.9超前 1 1.0 1.0 0.5 1.5 0.97超前 0.95滞后 0.8滞后 ER(p.u.) 1.0 0.8 0.5 1 2 3 ZLN/ZLD ER/ES PR/PRmax I/ISC θ=18.2° φ=84.3° ISC=Es/ZLN (a) 原理图 (b) 受端电压、电流和功率 P(p.u.) (c) 不同功率因数下的电压、功率特性 Es ER ZLN∠θ ZLD∠φ I Var.Comp. 非正常运行 临界值 正常运行 0 a(故障前) c(故障后) b(故障中) Pmax Pm A2 A1 t(s) A1=A2 p 0 a(故障前) c(故障后) b(故障中) Pmax Pm A2 A1 t(s) A1A2 G EB HT Et F X22 X21 X1 Xtr X’d F E’∠δ EB∠0 (a) 原理图 (c) 故障清除后的稳定状态 (b) 等效电路 (d) 故障清除后的暂态失稳状态 δ δ 0 Pmax Pm A2 A1 Amargin 0 Pmax Pm A2 A1 Amargin 2Pmax (a) 未补偿时的暂态稳定分析 (b) 补偿后的暂态稳定分析 提高系统暂态稳定性 未阻尼 阻尼后 未阻尼 阻尼后 (a) 功率角 (c) 静止补偿器的无功输出 (b) 输出功率 系统电压 U 容性电流 感性电流 负载特性1 负载特性2 理想补偿器特性 实际补偿器特性 斜坡电抗 通常为2 to 10% 100 10 1 0.1 0.01 100 1000 10 000 10 100 10 000 1000 Trend 闭锁电压 (V) 换流器开关频率 (kHz) Power - MOS 10 kW LV - IGBT HV - IGBT GTO IGCT 4 MW 7 MW 15 MW 40 MW 趋势 关断电流 (A) 典型 额定功率 Thyristor 1 MW 慢速无功设备 第一代 机械开关设备 晶闸管控制组件 第二代 基于VSC的技术 GTO, IGBT, IGCT 第三代 快速无功设备 断路器延迟 2 - 3 周波 1- 2 周波 响应时间 V-控制 I-控制: ? 1 周波 MSC / MSR ~ Mechanical Switched Capacitors / Reactors 电抗器 开关 电容器 SVC ~ Static Var Compensator 电抗器 晶闸管阀 控制和保护 变压器 电容器 STATCOM ~ Static Compensator GTO/IGBT阀 控制和保护 变压器 直流电容器 保护 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 IC ICmax 0 IL ILmax IC ICmax 0 IL ILmax (a) STATCOM的V-I特性 (b) SVC的V-I特性 V V 2, 2 Tian Guang 2003 Kayenta 199