FACTS串联补偿课件

串联补偿串联补偿FACTS串联补偿串联补偿FACTS串联补偿1一、概述一、概述 P300n串联补偿的基本思想是在输电线上串联接入设备，以串联补偿的基本思想是在输电线上串联接入设备，以改变线路的静态和动态特性，达到改善电网运行性能改变线路的静态和动态特性，达到改善电网运行性能的目的。的目的。n串联补偿普遍应用的是无功补偿，一般是在线路中串串联补偿普遍应用的是无功补偿，一般是在线路中串入固定电容或电感。入固定电容或电感。n随着电力电子技术的发展，可控串补技术越来越多地随着电力电子技术的发展，可控串补技术越来越多地投入实际应用，串联接入线路的电容或电感可根据运投入实际应用，串联接入线路的电容或电感可根据运行需要调整补偿量。行需要调整补偿量。n电力电子技术的发展推动了基于电力电子技术的发展推动了基于DC/ACDC/AC逆变技术的串联逆变技术的串联补偿器的研究，串联补偿不仅可以补无功，还可以补补偿器的研究，串联补偿不仅可以补无功，还可以补有功，而且补偿量是可控的。有功，而且补偿量是可控的。n串补不改变线路电压等级和拓扑结构，只改变阻抗。串补不改变线路电压等级和拓扑结构，只改变阻抗。FACTS串联补偿一、概述 P300串联补偿的基2一、概述一、概述串联补偿与并联补偿的区别：串联补偿与并联补偿的区别：P300 1.1.并补只需系统提供一个节点，另一端为大地或悬空；并补只需系统提供一个节点，另一端为大地或悬空；串补需要系统提供两个节点。串补需要系统提供两个节点。2.2.并补只改变节点导纳阵的对角线元素，或等效为注入并补只改变节点导纳阵的对角线元素，或等效为注入系统的电流源。系统的电流源。3.3.并补装置的容量相对较小，通过注入或吸收电流来调并补装置的容量相对较小，通过注入或吸收电流来调节系统电压，进而改变潮流分布。系统正常运行时，节系统电压，进而改变潮流分布。系统正常运行时，系统电压基本恒定，输送的有功功率由线路两端的电系统电压基本恒定，输送的有功功率由线路两端的电压矢量及线路阻抗决定，所以，并补的电压调节和潮压矢量及线路阻抗决定，所以，并补的电压调节和潮流控制能力较弱。流控制能力较弱。串补直接改变线路阻抗或通过插入电压源来改变线路串补直接改变线路阻抗或通过插入电压源来改变线路的电压分布，从而调节电流分布，因而其电压调节和的电压分布，从而调节电流分布，因而其电压调节和潮流控制能力强。潮流控制能力强。FACTS串联补偿一、概述串联补偿与并联补偿的区别：P300FACTS串3一、概述一、概述串联补偿与并联补偿的区别：串联补偿与并联补偿的区别：P300 4.4.并补并补只控制接入点电流，电流进入系统后如何分布只控制接入点电流，电流进入系统后如何分布由系统本身决定，因而并补使接入点附近区域受益，由系统本身决定，因而并补使接入点附近区域受益，适合电力部门采用适合电力部门采用。串补可针对特定的用户，实现潮流控制和电压调节，串补可针对特定的用户，实现潮流控制和电压调节，适合于对特定用户和特定输电线路走廊的补偿适合于对特定用户和特定输电线路走廊的补偿。5.5.并补装置要承受全部节点电压，输出电流由所承受并补装置要承受全部节点电压，输出电流由所承受电压及并补装置的等效阻抗决定。电压及并补装置的等效阻抗决定。串补装置需承受全部线路电流，其输出电压由所承串补装置需承受全部线路电流，其输出电压由所承受电流及串补装置的等效阻抗决定。受电流及串补装置的等效阻抗决定。6.6.在同电压等级及相近输送容量的电路上，所安装的在同电压等级及相近输送容量的电路上，所安装的并补装置与串补装置，设备容量差异很大。并补装置与串补装置，设备容量差异很大。FACTS串联补偿一、概述串联补偿与并联补偿的区别：P300FACTS串4一、概述一、概述串联补偿的作用：串联补偿的作用：P302 1.1.改变系统的阻抗特性；改变系统的阻抗特性；2.2.进行潮流控制，优化潮流分布，减少网损进行潮流控制，优化潮流分布，减少网损；3.3.提高系统静态稳定性；提高系统静态稳定性；4.4.改善系统动态特性改善系统动态特性提高输送能力，增加联络线振荡阻尼提高输送能力，增加联络线振荡阻尼）；）；5.5.提高系统传输能力；提高系统传输能力；6.6.控制节点电压，改善无功平衡条件；控制节点电压，改善无功平衡条件；7.7.阻尼系统震荡，抑制次同步振荡；阻尼系统震荡，抑制次同步振荡；8.8.快速可控串补提高系统暂态稳定性快速可控串补提高系统暂态稳定性提高电磁功率外送提高电磁功率外送；9.9.短路瞬间减小短路电流。短路瞬间减小短路电流。FACTS串联补偿一、概述串联补偿的作用：P302FACT5一、概述一、概述串联补偿的工作原理：串联补偿的工作原理：P301 补偿度：补偿度：式式9-19-1 等效电抗：等效电抗：式式9-29-2 有功功率：有功功率：式式9-39-3 无功功率：无功功率：式式9-49-4 串联补偿所补有功、无功曲线：图串联补偿所补有功、无功曲线：图9-2 9-2 FACTS串联补偿一、概述串联补偿的工作原理：P301FACTS串联补偿6一、概述一、概述n串联补偿与潮流控制：串联补偿与潮流控制：P302n串联补偿提高系统电压稳定性：串联补偿提高系统电压稳定性：P303n串联补偿提高系统暂态稳定性：串联补偿提高系统暂态稳定性：P304n串联补偿提高系统振荡稳定性：串联补偿提高系统振荡稳定性：P305n串联补偿抑制系统次同步振荡：串联补偿抑制系统次同步振荡：P306FACTS串联补偿一、概述串联补偿与潮流控制：P302FA7可控串联补偿可控串联补偿Thyristior Controlled Series Capacitor FACTS串联补偿可控串联补偿Thyristior Controlled S8一、可控串补概述一、可控串补概述 可控串联补偿技术是上世纪可控串联补偿技术是上世纪9090年代中期开始研年代中期开始研究应用的一种灵活交流输电技术。究应用的一种灵活交流输电技术。可控串补是在常规串联补偿技术基础上发展而可控串补是在常规串联补偿技术基础上发展而来的一种基于电力电子的新型输电技术，技术复杂、来的一种基于电力电子的新型输电技术，技术复杂、覆盖面广。覆盖面广。可控串补集传统电力工业技术与新兴电力电子可控串补集传统电力工业技术与新兴电力电子技术于一体，覆盖电网设计、电力电子、高压电器、技术于一体，覆盖电网设计、电力电子、高压电器、通讯测量、变电自动化等研究领域和相关设备元件通讯测量、变电自动化等研究领域和相关设备元件制造行业。制造行业。可控串补依补偿器的具体类型，具有不同的补可控串补依补偿器的具体类型，具有不同的补偿特性。偿特性。FACTS串联补偿一、可控串补概述 可控串联补偿技术是上世纪90年9 1 1.控制输电线路中的输送功率可以通过调节输电线控制输电线路中的输送功率可以通过调节输电线路的阻抗来实现。具体实现方法之一就是在输电线路的阻抗来实现。具体实现方法之一就是在输电线路上直接安装串联电容器以减少线路阻抗达到提高路上直接安装串联电容器以减少线路阻抗达到提高线路输送能力的目的。线路输送能力的目的。P P=V V1 1V V2 2sinsin/X/X 2 2.串联电容器的容量可以是分级定值的形式，也可串联电容器的容量可以是分级定值的形式，也可以是连续可调的形式。以是连续可调的形式。3.3.连续可调形式补偿器，为便于调节，保证输电线连续可调形式补偿器，为便于调节，保证输电线路始终通畅，串联电容器直接串联在线路里，在其路始终通畅，串联电容器直接串联在线路里，在其两端并联电抗器与电子开关的串联支路。若需调节两端并联电抗器与电子开关的串联支路。若需调节投入线路的串联补偿量，通过调节与电容器并联的投入线路的串联补偿量，通过调节与电容器并联的电抗量来间接实现。电抗量来间接实现。理论上的最佳方案是基于理论上的最佳方案是基于DC/AC DC/AC 换流技术的补偿器。换流技术的补偿器。一、可控串补概述一、可控串补概述FACTS串联补偿 1.控制输电线路中的输送功率可以通过调节输电线路的阻抗10一、可控串补概述一、可控串补概述 4.4.串联补偿器分类串联补偿器分类 P307 a.a.固定串补：断路器投切的电容器固定串补：断路器投切的电容器或电抗器；或电抗器；b.b.静止串补：晶闸管投切或控制的静止串补：晶闸管投切或控制的电容器或电抗器。电容器或电抗器。c.c.有源串补：基于有源串补：基于DC/AC DC/AC 换流技术换流技术的补偿器。的补偿器。b b、c c皆为皆为FACTSFACTS控制器。控制器。FACTS串联补偿一、可控串补概述 4.串联补偿器分类 P3011二、可控串补控制器二、可控串补控制器nFACTSFACTS串联补偿器以晶闸管投切串联电容器串联补偿器以晶闸管投切串联电容器（TSSCTSSC：Thyristor swithed series Thyristor swithed series capacitorcapacitor）和晶闸管控制串联电容器）和晶闸管控制串联电容器（TCSCTCSC：Thyristor controlled series Thyristor controlled series capacitorcapacitor）应用最广。）应用最广。n有学者基于有学者基于TCRTCR的原理，提出可关断晶闸管的原理，提出可关断晶闸管控制串联电容器方案（控制串联电容器方案（GCSCGCSC：GTO GTO controlled series capacitorcontrolled series capacitor）。）。nTCSCTCSC最有代表性，常简称可控串补。最有代表性，常简称可控串补。P316FACTS串联补偿二、可控串补控制器FACTS串联补偿器以晶闸管投切串联电容器12 2.1 可控串补的结构图可控串补的结构图TCSC TCSC 的原理接线图的原理接线图 FACTS串联补偿 2.1 可控串补的结构图TCSC 的原理132.2 可控串补的功能可控串补的功能nTCSC由由于于可可通通过过改改变变晶晶闸闸管管的的触触发发导导通通角角来来连连续续地地调调节节串串联联补补偿偿量量，即即连连续续改改变变串串联联在在线线路路中中的的容容抗抗的的大大小小，甚甚至至可可变变容容抗抗为为感感抗抗，因因而而为为控控制制线路中的潮流提供了一种极好的手段。线路中的潮流提供了一种极好的手段。n大大量量的的研研究究结结果果表表明明，TCSC不不仅仅可可改改善善系系统统的的特特性性，控控制制输输电电线线路路中中的的潮潮流流，提提高高线线路路的的输输送送功功率率，还还可可抑抑制制次次同同步步振振荡荡，阻阻尼尼功功率率振振荡荡为为系系统统提供电压支持以提高系统的稳定性提供电压支持以提高系统的稳定性。nTCSC的功能可概括为六个方面的功能可概括为六个方面:FACTS串联补偿2.2 可控串补的功能TCSC由于可通过改变晶闸管的触发导14 2.2 可控串补的功能可控串补的功能1 1、可以连续调节等值串联电容的容抗，进行潮流控制。、可以连续调节等值串联电容的容抗，进行潮流控制。2 2、可提高输电线的输电容量或提高互连电网的传输能量。、可提高输电线的输电容量或提高互连电网的传输能量。3 3、可缓解系统中某个支路的过负荷问题，可控串补比普通串、可缓解系统中某个支路的过负荷问题，可控串补比普通串补更能适应多种系统情况。补更能适应多种系统情况。4 4、可以阻尼由于系统阻尼不足或由于系统扰动引起的低频功、可以阻尼由于系统阻尼不足或由于系统扰动引起的低频功率振荡率振荡,提高动态稳定性。提高动态稳定性。5 5、可提高电力系统的暂态稳定性。在系统受到大的扰动时、可提高电力系统的暂态稳定性。在系统受到大的扰动时,可迅速调整晶闸管的触发角可迅速调整晶闸管的触发角,改变串联电容的补偿度。改变串联电容的补偿度。6 6、可抑制次同步振荡。一种方法是在发生次同步振荡时、可抑制次同步振荡。一种方法是在发生次同步振荡时,迅迅速调整串联电容至最小值速调整串联电容至最小值,对于次同步频率对于次同步频率,TCSCTCSC呈感抗呈感抗,这样便会对这样便会对SSRSSR起很强的阻尼作用。另一种方法是采集当起很强的阻尼作用。另一种方法是采集当地的电流、电压地的电流、电压,用矢量合成的方法获得远方发电机的转用矢量合成的方法获得远方发电机的转速相位速相位,经过处理后用作对发电机轴振动的阻尼。经过处理后用作对发电机轴振动的阻尼。FACTS串联补偿 2.2 可控串补的功能1、可以连续调节15n 当当IcIL，即，即XcIL，即XcXl时，线路电流与电容电流同相16n当当IcXl时，线路电流与时，线路电流与电抗器电流同相位，电容电压超电抗器电流同相位，电容电压超前线路电流前线路电流9090，并联阻抗呈感，并联阻抗呈感性，相量图如图。性，相量图如图。n如果在电抗支路中串联晶闸管开如果在电抗支路中串联晶闸管开关，对电抗进行相控，当改变晶关，对电抗进行相控，当改变晶闸管的触发角时，就可改变支路闸管的触发角时，就可改变支路电抗的电流，即改变并联阻抗的电抗的电流，即改变并联阻抗的大小与性质。因此只要对晶闸管大小与性质。因此只要对晶闸管导通角进行精确控制，就可以对导通角进行精确控制，就可以对TCSCTCSC的等值电抗快速、连续、平的等值电抗快速、连续、平滑地调节，从而为系统提供可控滑地调节，从而为系统提供可控串联补偿。串联补偿。2.2 可控串补的功能可控串补的功能FACTS串联补偿当IcXl时，线路电流与电抗器电流同相位，电17 2.3 可控串补的基频阻抗可控串补的基频阻抗 由由电电抗抗器器和和电电容容器器组组成成的的并并联联回回路路，其其等等效效阻阻抗取决于两者的关系。抗取决于两者的关系。当当电电容容器器容容抗抗小小于于电电抗抗器器感感抗抗时时，其其等等值值阻阻抗抗呈容性，且等效容抗值不低于电容器实际容抗。呈容性，且等效容抗值不低于电容器实际容抗。当当电电容容器器容容抗抗大大于于电电抗抗器器感感抗抗时时，其其等等值值阻阻抗抗呈感性，且等效电抗值不低于电抗器实际感抗。呈感性，且等效电抗值不低于电抗器实际感抗。当当电电容容器器容容抗抗等等于于电电抗抗器器感感抗抗时时，系系统统构构成成并并联谐振回路。联谐振回路。FACTS串联补偿 2.3 可控串补的基频阻抗 由电18 2.3 可控串补的基频阻抗可控串补的基频阻抗 基频阻抗的表达式：基频阻抗的表达式：式中：式中：为工频角频率。为工频角频率。为电容器和电抗器环路的谐振角频率。为电容器和电抗器环路的谐振角频率。可参见可参见P317 P322各公式。各公式。FACTS串联补偿 2.3 可控串补的基频阻抗 基频阻抗的表达式：19 2.4 可控串补的控制原理可控串补的控制原理 可控串补的控制原可控串补的控制原理是根据各种控制目的理是根据各种控制目的(系统稳定控制、恒功系统稳定控制、恒功率控制、恒阻抗控制等率控制、恒阻抗控制等)，得出要求串补输出，得出要求串补输出的基波阻抗值，再根据的基波阻抗值，再根据图中所示的曲线得到与图中所示的曲线得到与该阻抗值对应的触发角。该阻抗值对应的触发角。FACTS串联补偿 2.4 可控串补的控制原理 可控串补20 2.4 可控串补的控制原理可控串补的控制原理 TCSC晶闸管触发延迟角的控制范围是晶闸管触发延迟角的控制范围是90到到180，在该范围内，在该范围内，TCSC的稳态阻抗特性分为容的稳态阻抗特性分为容性运行区和感性运行区。在感性运行区和容性运行性运行区和感性运行区。在感性运行区和容性运行区之间的转换过程中，要经过一个谐振点。与谐振区之间的转换过程中，要经过一个谐振点。与谐振点对应的控制触发延迟角点对应的控制触发延迟角acri的大小由电容和电感的的大小由电容和电感的参数决定。参数决定。当晶闸管触发延迟角位于区间当晶闸管触发延迟角位于区间(acri,180内时，内时，TCSC呈现容性等效电抗运行特性。触发延迟角为呈现容性等效电抗运行特性。触发延迟角为180时对应于晶闸管全关断运行模式，对应的等效时对应于晶闸管全关断运行模式，对应的等效容抗数值最小，即电容器标称容抗容抗数值最小，即电容器标称容抗XC，标幺值为，标幺值为1.0p.u.。FACTS串联补偿 2.4 可控串补的控制原理 TCSC21 2.4 可控串补的控制原理可控串补的控制原理从从180逐渐减小触发延迟角逐渐减小触发延迟角(增大触发越前角增大触发越前角)，TCSC等效容抗逐渐增大，对应于容性微调运行等效容抗逐渐增大，对应于容性微调运行模式。模式。当晶闸管触发延迟角位于区间当晶闸管触发延迟角位于区间90,acri)内时，内时，TCSC呈现感性等效电抗运行特性。触发延迟角呈现感性等效电抗运行特性。触发延迟角为为90时等效感抗数值最小，对应晶闸管旁路运行时等效感抗数值最小，对应晶闸管旁路运行模式，等效感抗在数值上等于电容电抗和电感电模式，等效感抗在数值上等于电容电抗和电感电抗并联，一般远小于抗并联，一般远小于1.0p.u.。从从90开始逐渐增大触发延迟角，在达到谐振角开始逐渐增大触发延迟角，在达到谐振角acri之前，之前，TCSC等效感抗逐渐增大，对应于感性微等效感抗逐渐增大，对应于感性微调运行模式。调运行模式。FACTS串联补偿 2.4 可控串补的控制原理从180逐渐减小触发222.5 可控串补的两种工作方案可控串补的两种工作方案 1 1、晶晶闸闸管管开开关关或或关关或或闭闭，电电抗抗器器或或并并入入或或切切除除，实实现现两两点点控控制制，比比较较简简单单，不不会会发发生生电电容容和和电电感感并并联联工工频频谐振，即分阶控制方式。谐振，即分阶控制方式。2 2、连连续续调调节节晶晶闸闸管管的的导导通通角角，可可连连续续改改变变串串联联电电容容电电抗抗组组的的电电抗抗。这这种种可可控控串串补补也也称称先先进进串串补补（ASC），目前世界各国研究的重点是这种目前世界各国研究的重点是这种TCSC串补。串补。在在接接线线形形式式上上两两种种串串补补并并无无差差别别，因因此此可可以以选选择择两两种形式中的一种作为运行方式。种形式中的一种作为运行方式。研研究究（ASC）型型可可控控串串补补，应应用用的的是是静静止止补补偿偿器器（SVC）中中的的固固定定电电容容器器（FC）和和晶晶闸闸管管控控电电抗抗器器（TCR）的熟悉技术特性。的熟悉技术特性。TCSC与与SVC的的主主要要差差别别在在电电源源类类型型方方面面，SVC是是电压源型，电压源型，TCSC是是电流源型。电流源型。3 3、特性分析见、特性分析见P322P322P325P325。FACTS串联补偿2.5 可控串补的两种工作方案 1、晶闸管开关或关或闭，23 2.6 GCSC基本原理基本原理 P310P310n由由GTO构成的双向开关并联在串联补偿电容器两端。构成的双向开关并联在串联补偿电容器两端。nGCSC补偿量的控制补偿量的控制是通过选择开通关断是通过选择开通关断GTO的时刻的时刻来实现的来实现的。其原理类同。其原理类同TCR。n关断时刻的选取：以线路电流为参照，关断角关断时刻的选取：以线路电流为参照，关断角的取的取值范围为值范围为9090180180，则补偿电容器的导通角，则补偿电容器的导通角C C180180。n开通时刻的选取：补偿电容器充电电压由最大值降为开通时刻的选取：补偿电容器充电电压由最大值降为0 0时，导通对应的时，导通对应的GTO，GTO的导通角的导通角4 4。n相关公式见相关公式见P312P312P313P313。n考虑线路中可能出现的短路电流的影响，考虑线路中可能出现的短路电流的影响，GCSC要有要有相应的电流裕量，并有过电压保护措施。相应的电流裕量，并有过电压保护措施。FACTS串联补偿 2.6 GCSC基本原理 P310由GT24 2.6 GCSC基本原理基本原理 n 讨论讨论P314 方案方案FACTS串联补偿 2.6 GCSC基本原理 讨论P31425 2.7 TSSC基本原理基本原理 P315P315n由由SCR（THY）构成的双向开关并联在串联补偿电容构成的双向开关并联在串联补偿电容器两端。器两端。nTSSC补偿量的控制补偿量的控制是通过控制导通是通过控制导通SCR来实现的来实现的。其。其原理类同原理类同TSC。nSCR导通导通时刻的选取：时刻的选取：以线路电流为参照，当电流达到以线路电流为参照，当电流达到0 0值时触发导通相应的值时触发导通相应的晶闸管。晶闸管。n分析讨论图分析讨论图9 91717波形。波形。nTCSC的主要问题是有引起次同步振荡的危险。的主要问题是有引起次同步振荡的危险。FACTS串联补偿 2.7 TSSC基本原理 P315由SC26 2.8 可控串补的组成及安装原则可控串补的组成及安装原则n串联电容器补偿是提高长距离输电线路输电能力串联电容器补偿是提高长距离输电线路输电能力的有力措施。当采取单点补偿方式时，从提高系的有力措施。当采取单点补偿方式时，从提高系统稳定极限考虑，将电容器安装在线路中点是最统稳定极限考虑，将电容器安装在线路中点是最佳选择。佳选择。n普通串补有可能引起次同步谐振，应该与可控串普通串补有可能引起次同步谐振，应该与可控串补结合运用。补结合运用。n实用中采用多个单元串联的构成模式，并包括相实用中采用多个单元串联的构成模式，并包括相关的保护单元。关的保护单元。参见参见P327P327。FACTS串联补偿 2.8 可控串补的组成及安装原则串联电容器补偿是27 2.9 可控串补的缺点可控串补的缺点 1 1、需要一个容量大的电容器；、需要一个容量大的电容器；2 2、由于吸收的无功功率是电容器和电感器相互抵、由于吸收的无功功率是电容器和电感器相互抵消的结果，在吸收或发出较小的无功功率时，电容消的结果，在吸收或发出较小的无功功率时，电容器与电抗器实际上都吸收了较大的无功功率，都会器与电抗器实际上都吸收了较大的无功功率，都会有很大的电流流过；有很大的电流流过；3 3、串联补偿将使短路电流增大，可能引起继电保、串联补偿将使短路电流增大，可能引起继电保护误动。护误动。FACTS串联补偿 2.9 可控串补的缺点 1、28三、可控串补的工程应用三、可控串补的工程应用详见详见P338P368 最早的串联补偿是最早的串联补偿是19281928年美国纽约电网年美国纽约电网33kV33kV系统系统的串联电容补偿器，用于均衡潮流。的串联电容补偿器，用于均衡潮流。20 20世纪世纪5050年代初年代初,苏联在古比雪夫向莫斯科送电苏联在古比雪夫向莫斯科送电的的1000km 400kV1000km 400kV线路，瑞典由北部水电站群向南部负线路，瑞典由北部水电站群向南部负荷中心送电的多回长距离重载荷中心送电的多回长距离重载400kV400kV线路，北美西部线路，北美西部系统若干条系统若干条500kV500kV长距离输电线路等都采用了串联电长距离输电线路等都采用了串联电容器补偿装置。容器补偿装置。我国我国19661966年华东电网年华东电网220kV220kV、19721972年西北电网年西北电网330kV330kV投运第一套串联电容补偿装置，现退出运行。投运第一套串联电容补偿装置，现退出运行。著名的几个成功的工程实例是：著名的几个成功的工程实例是：FACTS串联补偿三、可控串补的工程应用详见P338P368 最早29 3.1 Kanawha river工程：工程：最早投入运行的是最早投入运行的是ABBABB公司与公司与AEFAEF公司公司（美利坚电力公司）合作的一组，称为卡那（美利坚电力公司）合作的一组，称为卡那瓦河工程（瓦河工程（Kanawha river projectKanawha river project），），这这个最初的实用工程称个最初的实用工程称“可控串补电容可控串补电容”，简，简称称CSCCSC。这个工程是实验性的，只装在一相上面，这个工程是实验性的，只装在一相上面，并且只是用晶闸管投切并且只是用晶闸管投切1/61/6的串联电容，可的串联电容，可以说是极初步的探讨，于以说是极初步的探讨，于1991199119921992年完成年完成了现场试验。了现场试验。FACTS串联补偿 3.1 Kanawha river工程：最早投30 3.2 Kayenta工程工程 是是19921992年调试的工程，位于美国亚利桑那州东北年调试的工程，位于美国亚利桑那州东北部，是第一条按连续调节方式，部，是第一条按连续调节方式，3 3相补偿的可控串补相补偿的可控串补线路，但它只用晶闸管调节串联电容的线路，但它只用晶闸管调节串联电容的1313，其目的，其目的是为了取得晶闸管控制阻抗的认识。这个工程进行了是为了取得晶闸管控制阻抗的认识。这个工程进行了几次重要的现场试验，考虑了较多的技术细节。几次重要的现场试验，考虑了较多的技术细节。该装置包括两组工频容抗为该装置包括两组工频容抗为5555欧的串联电容器组。欧的串联电容器组。其中第一组为固定串联电容器，第二组分为两部分，其中第一组为固定串联电容器，第二组分为两部分，一部分是一部分是4040欧的固定串联电容器，另一部分是在欧的固定串联电容器，另一部分是在1515欧欧的电容器两端并联带有晶闸管控制的电抗器支路的可的电容器两端并联带有晶闸管控制的电抗器支路的可控电容器。控电容器。FACTS串联补偿 3.2 Kayenta工程 是31 3.3 Slatt工程工程 这这项项工工程程处处于于美美国国西西北北部部，是是美美国国电电力力研研究究院院的实验性研究项目，于的实验性研究项目，于19931993年年9 9月投入运行。月投入运行。这这项项工工程程的的一一些些研研究究内内容容未未作作详详细细披披露露，一一项项试验也未公布结果。试验也未公布结果。这项工程开始是美国电科院征求各电力公司这项工程开始是美国电科院征求各电力公司合作，提供可控串补的运行条件，合作，提供可控串补的运行条件，BPABPA公司提出公司提出3 3个可供选择的现场，由电科院决定取舍，最后选个可供选择的现场，由电科院决定取舍，最后选定定SlattSlatt串联电容工程作为可控串补的现实场所。串联电容工程作为可控串补的现实场所。SlattSlatt工程的目的是可控串补技术的研究实践。工程的目的是可控串补技术的研究实践。FACTS串联补偿 3.3 Slatt工程 32 3.3 Slatt工程工程 1993年年，美美国国邦邦纳纳维维尔尔电电业业管管理理局局所所属属的的Slatt变变电电站站，500kV系系统统侧侧，安安装装了了一一套套多多模模块块TCSC装置。装置。该该装装置置由由6个个相相同同的的TCSC模模块块组组成成，每每个个模模块块的的串串联联电电容容器器容容抗抗为为1.33欧欧，三三相相电电容容器器总总容容量量为为202MVar。和和单单模模块块TCSC装装置置相相比比较较而而言言，多多模模块块TCSC装装置置具具有有阻阻抗抗可可控控范范围围宽宽，连连续续调调节性能好的优点。节性能好的优点。研研究究人人员员在在此此基基础础上上针针对对TCSC装装置置的的特特性性及及其其在在阻阻尼尼电电力力系系统统功功率率振振荡荡和和抑抑制制次次同同步步谐谐振振等应用方面开展了大量的理论和试验研究工作。等应用方面开展了大量的理论和试验研究工作。FACTS串联补偿 3.3 Slatt工程 333.4 瑞典中部瑞典中部Forsmark核电站工程核电站工程 位位于于瑞瑞典典中中部部的的Forsmark核核电电站站通通过过多多回回400kV的的输输电电线线路路与与北北部部水水电电系系统统相相连连，这这些些线线路全部采用了固定串联补偿。路全部采用了固定串联补偿。其其中中，一一台台容容量量为为1300MW的的发发电电机机组组多多次次发发生生次次同同步步谐谐振振问问题题引引起起继继电电保保护护动动作作，串串联联电电容容器被迫旁路运行，严重影响了系统的功率传输。器被迫旁路运行，严重影响了系统的功率传输。为为解解决决这这一一问问题题，1997年年对对安安装装在在Stode变变电电站站的的串串联联补补偿偿装装置置进进行行了了改改造造，其其补补偿偿容容量量的的30%由由TCSC装装置置实实现现，另另外外70%的的补补偿偿容容量量仍仍然然是是通通过过固固定定串串联联电电容容器器实实现现。这这是是专专门门为为解解决决SSR问题而安装的问题而安装的TCSC装置。装置。FACTS串联补偿3.4 瑞典中部Forsmark核电站工程 34 3.5 巴西互联电网工程巴西互联电网工程 1997年年巴巴西西在在其其北北南南电电网网互互联联工工程程中中从从Imperatriz到到Samambaia长长达达1200km的的500kV输输电电线线路路上上安安装装了了串串联联补补偿偿装装置置，包包括括6组组容容量量为为161MVar的的固固定定串串联联补补偿偿装装置置以以及及2组组容容量量为为108MVar的的TCSC装装置置，用用于于阻阻尼尼系系统统低低频频振振荡荡和和抑抑制制可可能能发发生生的的SSR问题，以提高系统的输电能力。问题，以提高系统的输电能力。FACTS串联补偿 3.5 巴西互联电网工程 353.6 我国引进的串补装置我国引进的串补装置 n2000年年11月月，阳阳城城三三堡堡500kV输输电电系系统统两两套套西西门门子子500MVar串串补补度度40的的固固定定串串联联补补偿偿装置。装置。n2001年年6月月，华华北北电电网网大大房房500kV输输电电系系统统ABB串补度串补度35的固定串联补偿装置。的固定串联补偿装置。n2003年年6月月，华华北北电电网网丰丰万万顺顺500kV输输电电系系统统NOKIAN串补度串补度35的固定串联补偿装置。的固定串联补偿装置。n2003年年11月月，贵贵州州青青岩岩广广西西河河池池500kV双双回回联联络络线线河河池池变变电电站站西西门门子子762MVar串串补补度度50的固定串联补偿装置，迄今容量最大。的固定串联补偿装置，迄今容量最大。FACTS串联补偿3.6 我国引进的串补装置 2000年11月，阳城三堡536 四、我国的可控串补研发工程四、我国的可控串补研发工程 1996 1996年在国家自然科学基金和原电力部的资年在国家自然科学基金和原电力部的资助下，中国电力科学研究院和清华大学等单位，助下，中国电力科学研究院和清华大学等单位，开始可控串补的基础理论研究。开始可控串补的基础理论研究。根据西电东送、南北互供和全国联网的需要，根据西电东送、南北互供和全国联网的需要，针对我国电网亟待提高电网输送能力和电力系统针对我国电网亟待提高电网输送能力和电力系统供电可靠性、缓解输电走廊紧张、提高电网经济供电可靠性、缓解输电走廊紧张、提高电网经济效益，结合陇南地区水电开发急需提高电网输电效益，结合陇南地区水电开发急需提高电网输电能力等问题，国家电网公司于能力等问题，国家电网公司于20032003年立项，将甘年立项，将甘肃可控串补工程作为可控串补国产化科技示范工肃可控串补工程作为可控串补国产化科技示范工程。该工程由中国电力科学研究院和甘肃省电力程。该工程由中国电力科学研究院和甘肃省电力公司组织研发。公司组织研发。FACTS串联补偿 四、我国的可控串补研发工程 1937 四、我国的可控串补研发工程四、我国的可控串补研发工程 20002000年，国家电力公司委托中国电力科学研年，国家电力公司委托中国电力科学研究院开展可控串补关键设备的研制。究院开展可控串补关键设备的研制。2003 2003年国家电网公司批准了年国家电网公司批准了“甘肃碧口至成甘肃碧口至成县县220220kVkV系统可控串补工程可行性研究报告系统可控串补工程可行性研究报告”，并，并被列为国家发改委被列为国家发改委“十五十五”重大装备研制项目和重大装备研制项目和国家电网公司重大科研项目。国家电网公司重大科研项目。这是我国第一个国产化可控串补装置工程这是我国第一个国产化可控串补装置工程220220千伏成碧可控串补装置工程。千伏成碧可控串补装置工程。FACTS串联补偿 四、我国的可控串补研发工程 2038 四、我国的可控串补研发工程四、我国的可控串补研发工程 2004 2004年年1212月月2222日，在甘肃省陇南地区成县变日，在甘肃省陇南地区成县变电站，我国第一个国产化可控串补工程甘肃碧电站，我国第一个国产化可控串补工程甘肃碧口至成县口至成县220220kVkV可控串补工程一次投运成功，经过可控串补工程一次投运成功，经过4 4天各种系统运行条件的考验，各项技术指标均达天各种系统运行条件的考验，各项技术指标均达到设计要求，并于到设计要求，并于1212月月2626日正式投入运行。日正式投入运行。该工程由国家电网公司组织领导，甘肃省电该工程由国家电网公司组织领导，甘肃省电力公司组织实施，委托甘肃陇南电力局和甘肃送力公司组织实施，委托甘肃陇南电力局和甘肃送变电公司建设，中国电力科学研究院提供可控串变电公司建设，中国电力科学研究院提供可控串补成套设备，系统设计单位为华北电力设计院。补成套设备，系统设计单位为华北电力设计院。FACTS串联补偿 四、我国的可控串补研发工程 2039 四、我国的可控串补研发工程四、我国的可控串补研发工程 220 220千伏成碧可控串补装置工程是国家电网公千伏成碧可控串补装置工程是国家电网公司重点科技项目，也是世界上目前投运的司重点科技项目，也是世界上目前投运的8 8个可控个可控串补工程中容量最大的全可控串补装置。串补工程中容量最大的全可控串补装置。成碧可控串补装置的投运，实现了可控串补成碧可控串补装置的投运，实现了可控串补装置的国产化，打破了国外公司在该技术领域的装置的国产化，打破了国外公司在该技术领域的垄断，填补了我国在灵活交流输电系统技术上的垄断，填补了我国在灵活交流输电系统技术上的空白，标志着我国具有自主知识产权的高压空白，标志着我国具有自主知识产权的高压/超高超高压灵活交流输电技术进入工程实用化阶段。压灵活交流输电技术进入工程实用化阶段。成碧可控串补工程动态投资成碧可控串补工程动态投资61966196万元。万元。与新建一回与新建一回220220kVkV线路相比较，安装可控串补线路相比较，安装可控串补减少投资减少投资1 1亿元，并且能改善系统动态稳定性，抑亿元，并且能改善系统动态稳定性，抑制低频振荡。制低频振荡。FACTS串联补偿 四、我国的可控串补研发工程 2240 四、我国的可控串补研发工程四、我国的可控串补研发工程 成成碧碧可可控控串串补补工工程程的的顺顺利利投投运运，使使我我国国一一举举成成为为继继美美国国、德德国国和和瑞瑞典典之之后后第第四四个个可可以以制制造造可可控控串补的国家。串补的国家。中中国国电电力力科科学学研研究究院院成成为为继继GEGE、ABBABB和和西西门门子子公公司司之之后后，第第四四个个能能够够生生产产可可控控串串补补成成套套装装置置的的企业。企业。甘甘肃肃可可控控串串补补工工程程是是世世界界上上第第七七个个可可控控串串补补工工程程，也也是是世世界界上上全全可可控控串串补补度度最最大大的的工工程程和和第第一一个个常常规规与与可可控控混混合合型型串串补补工工程程。该该工工程程的的投投产产还还标标志志着着我我国国同同时时实实现现了了可可控控串串补补和和常常规规串串补补的的国国产化。产化。FACTS串联补偿 四、我国的可控串补研发工程 成碧可控41 四、我国的可控串补研发工程四、我国的可控串补研发工程 甘肃可控串补工程实施后，可使碧口成县甘肃可控串补工程实施后，可使碧口成县220220kVkV输电线路的暂态稳定极限提高输电线路的暂态稳定极限提高 33 33，可满，可满足碧口地区水电汛期送电的需要。足碧口地区水电汛期送电的需要。随着碧口地区水电的开发，汛期可多送电量随着碧口地区水电的开发，汛期可多送电量4.214.21亿千瓦时，按平均电价每千瓦时亿千瓦时，按平均电价每千瓦时0.2850.285分计算，分计算，每年可增加售电收入每年可增加售电收入1.21.2亿元（含税）。亿元（含税）。装置在装置在220220千伏成碧线的成功应用，有效降低千伏成碧线的成功应用，有效降低了成碧线的线损，改善了陇南电网的电压质量，了成碧线的线损，改善了陇南电网的电压质量，使成碧线的输送功率提高近使成碧线的输送功率提高近129129mwmw，有效缓解了陇有效缓解了陇南电网供电紧张的局面，经济效益和社会效益十南电网供电紧张的局面，经济效益和社会效益十分显著。分显著。FACTS串联补偿 四、我国的可控串补研发工程 甘肃可42 五、我国首个可控串补工程五、我国首个可控串补工程 亚洲首个亚洲首个500kV500kV可控串补工程可控串补工程天广交天广交流输变电平果站已于流输变电平果站已于20032003年年1111月投运。天月投运。天广可控串补系统提高了广西广可控串补系统提高了广西500kV500kV交流电网交流电网天生桥天生桥平果输电线路的输电容量。天广平果输电线路的输电容量。天广TCSCTCSC是首个使用光直接触发晶闸管是首个使用光直接触发晶闸管(LTT)(LTT)的的串补工程，它不仅可用作控制装置还可用串补工程，它不仅可用作控制装置还可用作快速旁路开关装置，并能承受很大的交作快速旁路开关装置，并能承受很大的交流故障电流。流故障电流。装置由西门子制造。装置由西门子制造。FACTS串联补偿 五、我国首个可控串补工程 亚洲首个43静止同步串联补偿器静止同步串联补偿器Static Synchronous Series CompensatorSSSC or S3C FACTS串联补偿静止同步串联补偿器Static Synchronous S44一、一、SSSC概述概述 P376nSSSC是串联接入系统的一个电压源。是串联接入系统的一个电压源。n电压源一般由电压源型电力电子电压源一般由电压源型电力电子DC/AC逆变逆变器生成。（静止）器生成。（静止）n逆变器生成的电压源必须与系统电压同频率。逆变器生成的电压源必须与系统电压同频率。（同步）（同步）nSSSC串联接入系统后，既可以与系统进行串联接入系统后，既可以与系统进行有功交换，也可与系统进行无功交换有功交换，也可与系统进行无功交换。一般。一般情况下，是对系统进行无功补偿。情况下，是对系统进行无功补偿。nSSSC串联接入系统的电压源通常是通过串串联接入系统的电压源通常是通过串联变压器注入系统的。联变压器注入系统的。FACTS串联补偿一、SSSC概述 P376S45一、一、SSSC概述概述nSSSC与与SVG采用相同的电路结构，多为三采用相同的电路结构，多为三相电压源型逆变器，也可以是三个单相桥。相电压源型逆变器，也可以是三个单相桥。由于由于SSSC是工作在输电系统中，线路中的是工作在输电系统中，线路中的功率容量很大，电力电子器件的工作电压、功率容量很大，电力电子器件的工作电压、电流及频率都受到限制，逆变器通常采用多电流及频率都受到限制，逆变器通常采用多重化、多电平或单相桥的串并联级联形式，重化、多电平或单相桥的串并联级联形式，但逆变器的输出电压都是串联接入系统。但逆变器的输出电压都是串联接入系统。见见P379P381的图的图106，107，108nSSSC通常是通过向线路注入一个与线路电通常是通过向线路注入一个与线路电流相差流相差90度的可控电压，以快速控制线路的度的可控电压，以快速控制线路的有效阻抗，从而进行有效的系统控制。有效阻抗，从而进行有效的系统控制。FACTS串联补偿一、SSSC概述SSSC与SVG采用相同的电路结构，多为三相46二、二、SSSC的工作原理及特性的工作原理及特性nSSSC串联注入系统的电压：串联注入系统的电压：nSSSC与系统是进行有功交换还是与系统进与系统是进行有功交换还是与系统进行无功交换，主要看行无功交换，主要看U与与I的相位关系的相位关系。n一般情况下，一般情况下，SSSC是对系统进行无功补偿：是对系统进行无功补偿：FACTS串联补偿二、SSSC的工作原理及特性SSSC串联注入系统的电压：FA47 SSSCSSSC与与TCSCTCSC不同之处：不同之处：nTCSCTCSC串入线路中可以等效成可变容抗，而串入线路中可以等效成可变容抗，而串入的串入的SSSCSSSC可以等效成电压源，通过控制可以等效成电压源，通过控制换流器，可连续改变其输出电压的幅值和换流器，可连续改变其输出电压的幅值和相位，从而改变线路两端的电压相位，从而改变线路两端的电压(幅值和相幅值和相位位)，实现对线路有功、无功潮流的控制和，实现对线路有功、无功潮流的控制和阻尼系统的功率振荡，提高系统暂态稳定阻尼系统的功率振荡，提高系统暂态稳定极限的目的。极限的目的。n详见详见P387二、二、SSSC的工作原理及特性的工作原理及特性FACTS串联补偿 SSSC与TCSC不同之处：二、SSSC的工作原理及特性482.1 SSSC的原理图的原理图 P376线路线路首端首端末端末端SSSC的原理图的原理图FACTS串联补偿2.1 SSSC的原理图 P376线路首端492.2 三相电压源型逆变器三相电压源型逆变器SSSCP379FACTS串联补偿2.2 三相电压源型逆变器SSSCP379FACTS串联补502.3 三单相电压源型逆变器三单相电压源型逆变器SSSCP380FACTS串联补偿2.3 三单相电压源型逆变器SSSCP380FACTS串联补512.4 SSSC的特点和优点的特点和优点SSSC由于采用电力电子控制，最显著的特由于采用电力电子控制，最显著的特 点是调节速度快、运行范围广。点是调节速度快、运行范围广。对于电力电子设备必产生谐波这个问题，对于电力电子设备必产生谐波这个问题，SSSC通通 过采用大容量过采用大容量PWM逆变器、多重化、多电平技逆变器、多重化、多电平技 术等措施后，可大大减少补偿电流中谐波的含量术等措施后，可大大减少补偿电流中谐波的含量SSSC中的电抗器和电容元件可以取的容量较小。中的电抗器和电容元件可以取的容量较小。SSSC可在必要时短时内向电网提供一定有功。可在必要时短时内向电网提供一定有功。SSSC的优点可简单概括为七点的优点可简单概括为七点 FACTS串联补偿2.4 SSSC的特点和优点SSSC由于采用电力电子控制，522.4 SSSC的特点和优点的特点和优点FACTS串联补偿2.4 SSSC的特点和优点FACTS串联补偿53nSSSC实质上是有源可控串补实质上是有源可控串补2.5 SSSC的特性与模型的特性与模型P377FACTS串联补偿SSSC实质上是有源可控串补2.5 SSSC的特性与模型P542.5 SSSC的特性与模型的特性与模型P377FACTS串联补偿2.5 SSSC的特性与模型P377FACTS串联补偿552.5 SSSC的特性与模型的特性与模型P377FACTS串联补偿2.5 SSSC的特性与模型P377FACTS串联补偿562.5 SSSC的特性与模型的特性与模型P377FACTS串联补偿2.5 SSSC的特性与模型P377FACTS串联补偿572.5 SSSC的特性与模型的特性与模型P378；P388FACTS串联补偿2.5 SSSC的特性与模型P378；P388FACTS582.6 SSSC的扩展的扩展直流侧接储能装置，直流侧接储能装置，SSSC装置同时可以补偿有功功率装置同时可以补偿有功功率和无功功率，相当于可控制线路的电抗和电阻。和无功功率，相当于可控制线路的电抗和电阻。线路两端电压恒定为线路两端电压恒定为V，相角差为，相角差为，则线路存在电阻，则线路存在电阻时传输功率的公式为：时传输功率的公式为：P388FACTS串联补偿2.6 SSSC的扩展直流侧接储能装置，SSSC装置同时592.6 SSSC的扩展的扩展线路的电抗电阻比（线路的电抗电阻比（XL/R)对线路传输能力的影响对线路传输能力的影响P388FACTS串联补偿2.6 SSSC的扩展线路的电抗电阻比（XL/R)对线路602.6 SSSC的扩展的扩展FACTS串联补偿2.6 SSSC的扩展FACTS串联补偿612.7 SSSC对次同步振荡的影响对次同步振荡的影响SSSC对次同步振荡的影响及控制对次同步振荡的影响及控制 次同步振荡简介次同步振荡简介 SSSC对次同步振荡的影响对次同步振荡的影响 SSSC应对次同步振荡的策略应对次同步振荡的策略FACTS串联补偿2.7 SSSC对次同步振荡的影响SSSC对次同步振荡的622.7 SSSC对次同步振荡的影响对次同步振荡的影响 次同步振荡简介次同步振荡简介（SSO）（subsynchronous oscillation）电力系统存在频率为电力系统存在频率为f 的振荡，发电机转子轴系（非的振荡，发电机转子轴系（非刚性）存在刚性）存在f0-f 的固有振荡频率，系统电频率振荡与的固有振荡频率，系统电频率振荡与轴系的振荡互相激励，导致严重的振荡有可能影响发轴系的振荡互相激励，导致严重的振荡有可能影响发电机转子的寿命，严重时损坏发电机的轴系。当电机转子的寿命，严重时损坏发电机的轴系。当ff0时称为次同步振荡。时称为次同步振荡。我国曾出现秦岭电厂的发电机转子因次同步振荡而扭我国曾出现秦岭电厂的发电机转子因次同步振荡而扭断并飞出几公里外的严重事故。断并飞出几公里外的严重事故。关于次同步振荡的知识可参见倪以信的动态关于次同步振荡的知识可参见倪以信的动态电力系统的理论和分析。电力系统的理论和分析。FACTS串联补偿2.7 SSSC对次同步振荡的影响 632.7 SSSC对次同步振荡的影响对次同步振荡的影响 输电线串联电容器补偿可能引起次同步振荡，输电线串联电容器补偿可能引起次同步振荡，TCSC可以控制内部电容器及电抗的频率特性，因此不会引可以控制内部电容器及电抗的频率特性，因此不会引起次同步振荡，甚至可能消除次同步振荡。起次同步振荡，甚至可能消除次同步振荡。SSSC装置是电压源逆变器，只产生基波电压，对其装置是电压源逆变器，只产生基波电压，对其他频率分量的阻抗理论上为零，不会影响系统其他频他频率分量的阻抗理论上为零，不会影响系统其他频率分量的特性，因此不会改变系统其他频率的特性，率分量的特性，因此不会改变系统其他频率的特性，也不会引起次同步振荡。也不会引起次同步振荡。实际中，由于存在变压器漏抗（但很小），因此会实际中，由于存在变压器漏抗（但很小），因此会影响系统的非基波频率特性。一旦系统出现振荡，影响系统的非基波频率特性。一旦系统出现振荡，SSSC装置直流电压波动，会与系统振荡相互作用。装置直流电压波动，会与系统振荡相互作用。FACTS串联补偿2.7 SSSC对次同步振荡的影响 输电线串联电容器补偿642.8 SSSC的控制的控制 FACTS装置一般都采用双环控制，外环控制装置一般都采用双环控制，外环控制根据系统控制的目标要求给出内环控制的参考根据系统控制的目标要求给出内环控制的参考量如量如VREF 或或IREF，XREF等等。等等。SSSC的内环控制：的内环控制：只控制相角差只控制相角差的内环控制的内环控制同时控制相角差同时控制相角差，又控制直流侧电容电压（控制脉宽，又控制直流侧电容电压（控制脉宽即即）的内环控制）的内环控制SSSC的外环控制：的外环控制：SSSC的外环控制为多目标控制的外环控制为多目标控制FACTS串联补偿2.8 SSSC的控制 FACTS装置一般都采用双652.8 SSSC的控制的控制 P385 图图1015FACTS串联补偿2.8 SSSC的控制 P385 图1015FAC662.8 SSSC的控制的控制 P385 图图1016FACTS串联补偿2.8 SSSC的控制 P385 图1016FAC672.8 SSSC的控制的控制 SSSC的外环多目标控制：的外环多目标控制：电力系统的控制是多目标控制电力系统的控制是多目标控制 1.维持节点电压恒定或基本恒定维持节点电压恒定或基本恒定 2.阻尼电力系统振荡阻尼电力系统振荡 3.改善系统的动态性能指标改善系统的动态性能指标 4.提高输电线路的暂态稳定极限提高输电线路的暂态稳定极限 5.提高输电线路的静态稳定极限提高输电线路的静态稳定极限FA