资源描述
单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,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,2,7,.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,SVC,2.,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,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。,10,10,10,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,SVC,5.,类型：,11,11,11,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,SVC,12,基波电流有效值为：,I,1,= (U/ L),（,2-2+sin2a,）,/,U,：相电压有效值,L,：电抗器基波电抗（,）,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,TCR,FC,型,静止型动态无功补偿装置,(SVC)( static var compensator),Q,V,t,Q,c,t,Q,TCR,t,Q,TCR,- Q,C,t,Q,V,+Q,TCR,- Q,C,t,只要,Q,N,（系统）,=Q,V,（负载）,-Q,C,+Q,TCR,=,恒定值（或,0,），功率因数就能保持恒定，电压几乎不波动。,14,15,静止型动态无功补偿器（,SVC,）的构成（现场平面）,15,16,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，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。,18,SVG,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。,21,SVG,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,22,22,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,）,31,SVG,工程应用,32,Slow,VARS,1,st Generation,Mechanically,Switched Devices,Thyristor Switched,Components,2,nd Generation,VSC Technology,3,rd Generation,Fast VARS,无功补偿发展历史,33,7,.,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（,SSSC,）。,（,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,37,7,.,4,串联补偿装置,串联电容补偿的主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/2,X,c,/2,X,c,/2,X/2,38,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,X,eff,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,）,i,C,U,C,(,a,),i,C,(,a,)=i+i,L,(,a,),SW,L,i,L,(,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,X,c,和一个可变电抗,X,L,(,),的并联值：,X,L,=,L,，,a,:,以电容电压峰值为基准得到的延迟角,40,i,C,SW,L,X,C,(,a,),容性,感性,0,a,L lim,感性范围,0,a,a,Llim,容性范围,a,L lim,a,p,/2,w,t,p,/2,a,C lim,a,r,a,L,a,a,Clim,运行限制,谐振：,X,L,(,a,r)=X,C,Clim,/2,，此时对应的,X,TCSC,(,),是容性,TCSC,有两个工作区间,0,Llim,，对应的,X,TCSC,(,),是感性,41,U=U,sin,(,w,t-,j,),P,Ref,(R,Ref,),Q,Ref,(X,Ref,),P,P,Q,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),42,X,L,P,i,d,U,s,=U,r,=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。,43,X,L,P,i,d,U,s,=U,r,=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）,U,2,i,Q,P,U,q,i,Q,p,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,46,7,.,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,。根据检测到的无功电流或谐波成分，发出控制逆变器各臂开关元件通断的信号。,（,3,）,逆变电源,。电压型，电流型。,（,4,）,输出部分,。由高频滤波器或变压器组成。逆变电源输出的高频脉冲， 脉动成分由滤波器滤除后，所得补偿电流通常经变压器输入系统。,有源电力滤波器（,APF,）,动态电压调节器（,DVR,：,Dynamic Voltage Regulator,）,原理：串联式,DVR,检测到供电电压跌落时，立即产生补 偿电压，并通过串联变压器叠加到供电回路中， 保证符合电压的稳定。,52,统一电能质量控制器,-UPQC,
展开阅读全文