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1、第第4 4章章 电力系统并联补偿与静止无功电力系统并联补偿与静止无功补偿器补偿器 电力系统补偿可按接入方式分为电力系统补偿可按接入方式分为并联补偿并联补偿、串联补偿串联补偿和和串并联混合补偿串并联混合补偿三种三种 。其中，并联。其中，并联型型FACTSFACTS控制器是并联补偿设备的主要成员。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。电压水平的措施。 各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有
2、功各种用电设备中，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，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。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。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。调相机、静止补偿器等。并联补偿器的目的并联补偿器的目的增加传输功
3、率，改进稳态传输增加传输功率，改进稳态传输特性，提高系统的稳定性。特性，提高系统的稳定性。 重载条件下重载条件下 采用各种并联、固定或机采用各种并联、固定或机械开关连接的电抗器减小械开关连接的电抗器减小线路过电压。线路过电压。 轻载条件下轻载条件下 采用并联、固定或机械开采用并联、固定或机械开关连接的电容器来维持电关连接的电容器来维持电压的幅值。压的幅值。 目的目的 一、一、并联补偿并联补偿 1 1、电力系统并联补偿的特点、电力系统并联补偿的特点：n 只需要电网提供一个接入节点，另一端为大地或悬空的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。中性点，因此接入电网
4、很方便。n 接入方式简单，不会改变电力系统的主要结构；而且通过接入方式简单，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。无冲击退出运行。n 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，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统的复杂程度增加不多，便于分析。
5、力系统的复杂程度增加不多，便于分析。 n 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，过注入或吸收电流来改变系统中电流的分布。因此，并联并联补偿适合于补偿电流。补偿适合于补偿电流。n 并联补偿只能控制自身注入的电流，而电流进人电网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
6、电力部门采用；而串联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。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。于并联补偿。n 并联补偿设备需要承受全部的节点电压，因此并联补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。偿设备的输出通常受系统电压的限制。2 2、并联补偿在电力系统中的应用、并联补偿在电力系统中的应用并联补偿在输电网和配电网中都得到广泛应用。并联补偿在输电网和配电网中都得到广
7、泛应用。n 在输电网中主要功能是改善潮流可控性、提高系统稳定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；性和传输能力；n 在配电网中主要功能是提高负荷电能质量和减小负荷对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）。电网的不利影响（如不对称性、谐波等）。常见的方式有两种：常见的方式有两种：u 安装于输电线路的受电端（负荷侧）；安装于输电线路的受电端（负荷侧）；u 在长传输线中间增加变电站（即线路分段）并布在长传输线中间增加变电站（即线路分段）并布 置并置并联补偿设备。联补偿设备。3 3 并联补偿的作用并联补偿的作用 并联补偿通过向系统中
8、注入电流或改变系统导纳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矩阵的对角元素，可以方便地向系统注入或吸收Q QP P进而可以控制电力系统的功率平衡。进而可以控制电力系统的功率平衡。n 向电网提供或从电网吸收无功和或有功功率；向电网提供或从电网吸收无功和或有功功率；n 改变电网的阻抗特性；改变电网的阻抗特性；n 提高电力系统的静态稳定性；提高电力系统的静态稳定性；n 改善电力系统的动态特性；改善电力系统的动态特性；n 维持或控制节点电压；维持或控制节点电压；n 通过控制潮流变化阻尼系统振荡；通过控制潮流变化阻尼系统振荡；n 快速可控的并联补偿可以提高电
9、力系统的暂态稳定性；快速可控的并联补偿可以提高电力系统的暂态稳定性；n 负荷补偿，提高电能质量等。负荷补偿，提高电能质量等。电力系统的动态性能电力系统的动态性能主要包括以下三项指标。主要包括以下三项指标。n 过渡过程时间过渡过程时间。对于稳定的电力系统，当其受到扰动后。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将从一种稳定状态过渡; ;n 某些重要状态变量在过渡过程时间某些重要状态变量在过渡过程时间t ts s中的中的振荡次数振荡次数; ;n 一些重要状态变量的一些重要状态变量的超调量超调量。 10sttt max100%iixx 电力系统受到干扰后，从一个稳态过渡到另一个稳态的过
10、渡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。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。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作，所由于所有负荷均被设计为在一定的额定电压下正常
11、工作，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统的动态品质就要关心电力系统中功率的过渡过程功率的过渡过程和过渡过和过渡过程中程中电压的动态性能电压的动态性能。 典型的输电系统中，系统典型的输电系统中，系统1（送端）通过输电线（送端）通过输电线（等效阻抗为（等效阻抗为 X）送到系统）送到系统 2（受端）的有功功率为（受端）的有功功率为 式中式中 ，为两端母线电压相角差。，为两端母线电压相角差。srsinsrUUPX 输电系统的并联无功补偿可在一定的范围内改输电系统的并联无功补偿可在一定的范围内改变节点
12、电压，进而对系统传输的有功功率进行控制。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，并联补因此，在电力系统受到扰动的过程中，并联补偿设备可以偿设备可以控制节点电压和线路功率控制节点电压和线路功率，从而缩短输，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。适的控制规律，即可改善电力系统的动态性能。输电线路分段和中点并联补偿输电线路分段和中点并联补偿 在简单输电网传输线中间在简单输
13、电网传输线中间“插入插入”一个理想并联补一个理想并联补偿装置，将原传输线等分为两段，如图（偿装置，将原传输线等分为两段，如图（a a）所示，不）所示，不计线路损耗和电容充电效应，并设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（则很容易得到各电压和电流相量之间的关系如图（b b）所示，进而推导出线路功率为：所示，进而推导出线路功率为：srmUUUU22sin221 cos22srsrUPPXUQQX 并联补偿装置提供的功率为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无功功率与
14、送-受端母线电压相位差（功角）之间的关系受端母线电压相位差（功角）之间的关系如图（如图（c）所示。可见，采用线路分段和中间并联补偿）所示。可见，采用线路分段和中间并联补偿后，两系统之间的后，两系统之间的传输容量大大增加传输容量大大增加，最大值增加，最大值增加1倍；倍；但前提是但前提是“插入插入”的并联补偿装置能提供快速和大量的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。无功功率以维持分段处母线的电压。2041 cos2ccPUQsX 并联的中点无功补偿能够显著提高线路传输的有功功并联的中点无功补偿能够显著提高线路传输的有功功率。并联补偿器的率。并联补偿器的最佳位置是传输线路
15、的电气中点最佳位置是传输线路的电气中点，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。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。率将决定线路的最大传输功率。 线路长度一定时，分段数增加一倍，传输功率也增加一线路长度一定时，分段数增加一倍，传输功率也增加一倍。
16、倍。 增加分段的数量，有利于减少沿线电压的变化。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传输电压维持在规定的幅值，它不能随负载的变化而变化。化。X/2ismimrX/2sUmidUrU理想补偿器理想补偿器（有功功率（有功功率p=0) )midUsmjxI2/srjxI2/rUsUsmUmrUmrIsmI /2 /2UUUUmrsjX/4Imsl
17、jX/4IlmjX/4ImnjX/4InrUlUsUmidUnUrIslIurIlmImnUsU1UrUsUmidInrImnIlmIslX/4X/4X/4X/4并联补偿提高系统电压稳定性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，后系统所有母线都持续的保持可接受的电压的能力，其其核心问题是系统（包括负荷）的无功功率特性核心问题是系统（包括负荷）的无功功率特性，而，而并联补偿能并联补偿能提供稳态和动态的无功补偿提供稳态和动态的无功补偿，因此对改善，因此对改善系统的小干扰和暂
18、态电压稳定性都具有重要作用。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。并联补偿可以提高小干扰（或静态）电压稳定性。 分析静态电压稳定性的辐射型简单电力系统，无穷大电分析静态电压稳定性的辐射型简单电力系统，无穷大电源源 通过线路电抗通过线路电抗X向一纯阻抗负载向一纯阻抗负载 供供电。负荷吸收的有功功率及负荷节点电压分别为：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，即当负荷为纯电阻，即 时，负荷吸收的有功功率时，负荷吸收的有功功率为为22222cos2sin2sinLLLLLLLE ZPXZXZEZUXZXZLZZ0EEcos12
19、22LLLE ZPXZ 随着负荷阻抗的变化，负荷吸收的有功功率也发生随着负荷阻抗的变化，负荷吸收的有功功率也发生变化，当变化，当 时，负荷吸收的有功功率最大，为时，负荷吸收的有功功率最大，为 综合上面式子有：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取功率因素不同值时，利用上式可以绘制图4-6所示的所示的负荷负荷P-V关系曲线关系曲线。2max2LEPXLZX22max222cos2sin2sinLLLLLLLLPXZPXZXZZUEXZXZn 分析图分析图4-64-6可知，电源通过电抗可知，电源通过电抗X X向负荷传输的有功功向负荷传输的有功功率存在最大值。当电抗率存在最大值。
20、当电抗X X上电压降落大小等于负荷电压大小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。时，传输功率等于最大值。n 对于一定的功率因数，如果负荷功率小于最大值，则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。运行点；而另一个位于上半部，是不正常的运行点。n 如果在负荷母线处接入并联补偿，对负荷的无功功率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进行补偿，提高负荷的功率因数，则可以有效
21、地提高系统的电压稳定性。由图电压稳定性。由图4-6b4-6b曲线可知，并联补偿不仅可以提高系曲线可知，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。统的电压稳定性，还能调节负荷的电压水平。 并联补偿装置位于未补偿前的电压跌落最大处，能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。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。补偿的分布与控制方
22、式。结论：结论：并联补偿提高输电系统暂态稳定性并联补偿提高输电系统暂态稳定性 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：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。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：系统的暂态稳定性。发电机采用二阶数学模型： 011meJddtdPPdtT 单机无穷大系统发生故障（大干扰）的过程可分为三个阶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。段来分析。n故障发生前故障发生前
23、 系统处于正常运行状态，发电机的转速系统处于正常运行状态，发电机的转速w为为1，而发电，而发电机输出的电磁功率与原动机输入的机械功率相等，机输出的电磁功率与原动机输入的机械功率相等，即即 。功角特性为。功角特性为 其中其中sinEUPX0emPPP122LdTTXXXXXn 故障期间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
24、为：功角特性为：sinEUPXn故障切除后故障切除后 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。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：相应功角特性为： 其中，其中，33sinEUPX312dTLTXXXXX 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。保持暂态稳定，其运行特性可用下图的功角曲线来分析。n正常运行时，功角特性为正常运行时，功角特性为P1，发电机输出的电磁功率等于原动
25、机输入，发电机输出的电磁功率等于原动机输入的机械功率，系统运行在的机械功率，系统运行在a点；点；n发生故障时，发电机功角特性变发生故障时，发电机功角特性变 为为P2，由于发电机输出的电磁功率，由于发电机输出的电磁功率 比原动机功率低，因此发电机转子比原动机功率低，因此发电机转子 加速，功角增大；加速，功角增大；n功角增大到功角增大到 时，继电保护动作时，继电保护动作 切除故障，此时功角特性变为切除故障，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，功率使得发电机转子开始减速， 如果功角不超过如果功角不超过 ，则发电机在切除故障后能
26、够保持暂态稳定。，则发电机在切除故障后能够保持暂态稳定。ch 几个概念：加速面积、减速面积、最大减速面积几个概念：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，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。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。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。 P29-P44 为电力系统暂态分析中关于暂态稳定的内容回
27、顾6.4 电力系统的暂态稳定性 暂态稳定性：暂态稳定性：指系统受到大扰动后，各同步发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。或恢复到原来稳定运行方式的能力。 大扰动：大扰动：短路故障、切除输电线路或发电机组短路故障、切除输电线路或发电机组或切除大容量负荷。或切除大容量负荷。一、暂态稳定分析计算的基本假设1.1.电力系统机电暂态过程特点电力系统机电暂态过程特点2.基本假设基本假设(1)(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
28、周期分量分量. .(2)(2)发生不对称故障时发生不对称故障时, ,不计零序和负序电流对转子运动的影响不计零序和负序电流对转子运动的影响. .(3)(3)忽略暂态过程中发电机的附加损耗忽略暂态过程中发电机的附加损耗(4)(4)不考虑频率变化对系统参数的影响不考虑频率变化对系统参数的影响(4)(4)发电机采用发电机采用E E恒定的简化模型恒定的简化模型( (不考虑发电机调速器的作用）不考虑发电机调速器的作用）发电机电磁功发电机电磁功率急剧变化率急剧变化大扰动大扰动发电机转发电机转速变化速变化转子上出现转子上出现不平很转矩不平很转矩功角功角变化变化二、简单电力系统暂态稳定性分析1.1.三种运行情况
29、下的功率特性三种运行情况下的功率特性1.三种运行情况下的功率特性1 1）正常运行情况）正常运行情况2121TLTdIXXXXXsinsinmII00IPXVEP1.三种运行情况下的功率特性2 2）短路情况）短路情况XXXXXXXTLTdIII2121sinsin00mIIIIIIPXVEP1.三种运行情况下的功率特性3 3）短路切除后情况）短路切除后情况21TLTdIIIXXXXXsinsin00mIIIIIIIIIPXVEP1.三种运行情况下的功率特性2121TLTdIXXXXXsinsinmII00IPXVEPXXXXXXXTLTdIII2121sinsin00mIIIIIIPXVEP21
30、TLTdIIIXXXXXsinsin00mIIIIIIIIIPXVEP一般一般:X:XI IXXIIIIIIX1，即，即 时，为使时，为使w保持在保持在1，应减小，应减小w，即使，即使 ，为，为此必须增加发电机输出的电磁功率或减小原动机功率；此必须增加发电机输出的电磁功率或减小原动机功率；n 当当w1w1时向系统注入无功，抬高节点电压，增时向系统注入无功，抬高节点电压，增加发电机输出的电磁功率；加发电机输出的电磁功率； W1WUm则则 a a=0和和 Usw=UminULUcUswCiUL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：所有情况下电容的投切只需遵循两个简单的原则：
31、 如果电容器的初始电压低于交流电压峰值如果电容器的初始电压低于交流电压峰值（Uc0ILF(a a)IC=ILF(a a)IQ=ILF(a a) ICILF(a) IC感性感性容性容性损耗损耗取消固定电容电流取消固定电容电流后引起的固定损耗后引起的固定损耗 随着容性无功输出电流的增加，则总的损耗将减随着容性无功输出电流的增加，则总的损耗将减少。随着少。随着TCR支路感性无功电流的进一步增加，并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。变为感性无功。下 页上 页返 回4.2.1.4 晶闸管投切电容器与晶闸管
32、控制电抗器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。机损耗，增加系统运行的灵活性。 F在给定的容性输出范在给定的容性输出范围内，由围内，由n个个TSC支路支路和一个和一个TCR组成。组成。 UiC3iQiL(a a)SW3SW2SW1SW4iC2iC1Q=UIL1(a)-ICn下 页上 页返 回UiC3iQiL(a a)SW3SW2SW1SW4iC2iC1在给定的
33、容性输出范在给定的容性输出范围内，支路数根据实际围内，支路数根据实际情况决定，它应考虑运情况决定，它应考虑运行电压等级、最大无功行电压等级、最大无功输出、晶闸管开关阀的输出、晶闸管开关阀的电流额定值、母线工作和安装成本等。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，适当考虑增加感性无功输出需求，适当考虑增加TCR的支路数。的支路数。 下 页上 页返 回UiC3iQiL(a a)SW3SW2SW1SW4iC2iC1/在第一区间，无功发生在第一区间，无功发生器的输出从零到器的输出从零到QCmax/n范围可
34、控范围可控 。在该区间只。在该区间只有一组电容器投入运行。有一组电容器投入运行。/在第在第2和第和第n个无功补偿区间，容性无功输出可在个无功补偿区间，容性无功输出可在QCmax/n到到 2QCmax/n 、和、和(n1)QCmax/n到到QCmax的范的范围内可控，通过控制围内可控，通过控制TCR的控制角的控制角a a抵消少许富余的抵消少许富余的容性无功。容性无功。 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
35、容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，量之内，理论上，TCR的额定无功容量应与的额定无功容量应与TSC的的容量相当。然而，为了确保在各区间边界无功切换容量相当。然而，为了确保在各区间边界无功切换的平滑进行，的平滑进行，TCR的实际额定容量应比的实际额定容量应比TSC的额定的额定容量略大一点，这样就可保证容量略大一点，这样就可保证TSC的的“切入切入”和和“切出切出”之间的交界区域具有足够的重叠余量。之间的交界区域具有足够的重叠余量。下 页上 页返 回QCQQLQQCdemandQLdemandC3“进进”C3“出出”C3“进进”C3“出出”C3“进进”C3“出出”TSC
36、的容性无功输出的容性无功输出Qc是以阶跃变化方式变化是以阶跃变化方式变化的，使它的无功输出接的，使它的无功输出接近系统所需的无功容量，近系统所需的无功容量，但略有一定的富余，可但略有一定的富余，可用相对较小容量的用相对较小容量的TCR输出感性无功输出感性无功QL 抵销富抵销富余的容性无功。余的容性无功。 下 页上 页返 回TCR触发触发延时延时角控角控制制TSC1通通/断断控制控制TSC1TSC2“通通”要要求求 TSCn“通通”要要求求 电容和电抗的电流计算电容和电抗的电流计算IqrefIe1L1L/2L/2C1TCRUiL(a a)i0G TSC+TCR静止无功发生器的功能控制原理静止无功
37、发生器的功能控制原理下 页上 页返 回1.确定需要投入确定需要投入TSC支路的数量，使补偿电流近似支路的数量，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，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然后再计算感性电流幅值，使之能够抵消富余的容性电流。容性电流。2.根据根据“无瞬变无瞬变”过渡过程的原理，投入相应的过渡过程的原理，投入相应的TSC支路。支路。3.计算上述感性电流所对应的控制角计算上述感性电流所对应的控制角a a，并在该控，并在该控制角下控制制角下控制TCR支路的运行。支路的运行。TSC+TCR静止无功发生器控制应具备的静止无
38、功发生器控制应具备的 功能：功能： 下 页上 页返 回TCR触发触发延时延时角控角控制制TSC1通通/断断控制控制TSC1TSC2“通通”要求要求 TSCn“通通”要求要求 电容和电抗的电流计算电容和电抗的电流计算IqrefIe1L1L/2L/2C1TCRUiL(a a)i0所有已投入电容支路的电流总合与参考输入电流的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，即幅值之差，即TCR支路需要输出的基波电流幅值。支路需要输出的基波电流幅值。 下 页上 页返 回 根据根据“无瞬变无瞬变”过渡过程过渡过程的原理，投入相应的的原理，投入相应的TSC支支路应满足图中所示的无瞬变路应满足图中所示的
39、无瞬变投切的两个简单原则。即要投切的两个简单原则。即要么晶闸管开关阀电压为零，么晶闸管开关阀电压为零，要么晶闸管开关阀电压为最要么晶闸管开关阀电压为最小值时投切电容器组。小值时投切电容器组。 UuuCtUuuCt下 页上 页返 回UCCUSW与与与与或或LC开关阀电压和电开关阀电压和电容电压极性测量容电压极性测量触发脉冲触发脉冲发生器发生器TSC导通的条件：导通的条件：“导通导通”1&USW=1 或或“导通导通”1&PT=1&Upol=1当当UC=u 时，时，USW=1当当u=Uc 时，时，PT=1当当u与与UC的符号相同时，的符号相同时，Upol=1“导通导通”要求要求PT（同步）（同步）U
40、UpelUSWF TSC无瞬变无瞬变切换方切换方法的逻法的逻辑执行辑执行功能功能下 页上 页返 回 TSC+TCR组合型无功发生器对组合型无功发生器对TCR触发控制角触发控制角a的控制，它与上图所示的的控制，它与上图所示的FC+TCR组合型无功补组合型无功补偿器的控制相同。偿器的控制相同。 UCiCiQRef(BRef)iFLiL(a a)iC同步定同步定时电路时电路变流器电变流器电流延时角流延时角iL(a a)=KF(a a)触发脉冲发生器触发脉冲发生器下 页上 页返 回i=ic+iLiciLiqref所需无功功率（由滞后到超前）所需无功功率（由滞后到超前）G三个电容器组成的三个电容器组成的
41、TSC+TCR组合型无功发生组合型无功发生器的运行波形器的运行波形下 页上 页返 回UICILUCmaxULmaxICmaxILmaxBCBLmax0BCmax=2BCG 两个两个TSC组成的组成的TSC+TCR组合型无组合型无功发生器的功发生器的UI特性特性 采用两个或更多的采用两个或更多的TSC支路进行无功补偿时，支路进行无功补偿时，在需要增加容性输出时，在需要增加容性输出时，所涉及到的一个或多个所涉及到的一个或多个电容器组的初始电压在电容器组的初始电压在投切的瞬间都会满足所投切的瞬间都会满足所希望的极性和幅值要求。希望的极性和幅值要求。下 页上 页返 回TSC+TCR组合型无功发生器传递
42、函数与组合型无功发生器传递函数与FC+TCR相同相同,可用下式表示可用下式表示 : sTdkesG)(当需要增加容性输出时，它的最大传输延时当需要增加容性输出时，它的最大传输延时Td为为FC+TCR的两倍，即在单相运行时，传输延时的两倍，即在单相运行时，传输延时Td为为1/f=T，在三相平衡运行时为，在三相平衡运行时为1/(3f)=T/3。 下 页上 页返 回TSC+TCR组合型无功发生器组合型无功发生器的损耗和无功输出之间的特性的损耗和无功输出之间的特性与它的具体运行情况有关。与它的具体运行情况有关。 UiC3iQiL(a a)SW3SW2SW1SW4iC2iC1QCQQLQQCdemand
43、QLdemandC3“进进”C3“出出”C3“进进”C3“出出”C3“进进”C3“出出”下 页上 页返 回随着容性输出增加，更多的随着容性输出增加，更多的TSC支路投入运行，每支路投入运行，每投进一组投进一组TSC，损耗增加一个固定值。，损耗增加一个固定值。 iC1iC2iC3iQSW3SW2SW1SWLUiL(a a)IQ=ILF(a)=ICnnIQ=ILF(a)容性容性感性感性C2C1C3损耗损耗 固定损耗与固定损耗与TCR的损耗之和为的损耗之和为TSC+TCR组合组合型无功发生器总的损耗。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组合型无功发生器总的损耗与它的无
44、功输出成正比。无功输出成正比。 下 页上 页返 回4.2.2 开关型无功发生器开关型无功发生器 l静止同步发生器静止同步发生器 有合适的电源，能像有合适的电源，能像机械式交流电机一样机械式交流电机一样与交流系统交换有功与交流系统交换有功功率。没有旋转部分功率。没有旋转部分的补偿装置。的补偿装置。l同步补偿器同步补偿器( (静静止同步调相机止同步调相机) ) 没有外部能量支撑的补没有外部能量支撑的补偿装置类似于旋转的同偿装置类似于旋转的同步补偿器或调相机。步补偿器或调相机。下 页上 页返 回l变流器变流器（DCAC变流器变流器 ） 利用各种直流利用各种直流交流交流产生可控无功的开关产生可控无功的
45、开关变流器变流器 。l整流器整流器（周波换流器（周波换流器 ） 利用各种交流利用各种交流直流直流产生可控无功的开关产生可控无功的开关变流器变流器 。变流器功能将直流功率转变为交流功率。将直流功率转变为交流功率。 下 页上 页返 回S功率变流器是由一组固态开关所组成，它们将输功率变流器是由一组固态开关所组成，它们将输入与输出端连接在一起。入与输出端连接在一起。S变流器的瞬时输入功率等于瞬时输出功率。变流器的瞬时输入功率等于瞬时输出功率。S如果变流器的输入端是能够发出有功功率的电压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源或是无源电压源，则它的输出端必须
46、与电流源相连接。相连接。S如果变流器的输入端接的是电流源，则输出端应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。与电压源相连。下 页上 页返 回电压型变流器与电流型变流器的区别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电流型变流器需要双向电压阻断性能的功率半导体器件。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。电压型变器件相
47、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。流器在它的交流输出端子上与电流型器件相连。 下 页上 页返 回4.2.2.1 4.2.2.1 基本工作原理基本工作原理 同步补偿器的无功输同步补偿器的无功输出电流由系统电压、补出电流由系统电压、补偿器内电势、同步电机偿器内电势、同步电机的电抗加上变压器漏抗的电抗加上变压器漏抗和系统短路阻抗所合成和系统短路阻抗所合成的总回路电抗来决定。的总回路电抗来决定。 XEUI系统母线系统母线耦合变压器耦合变压器电机同步电抗电机同步电抗加变压器漏感加变压器漏感励磁励磁EXUI下 页上 页返 回相应的无功功率为：相应的无功功率为：2
48、1UXUEQ通过控制同步旋转电机通过控制同步旋转电机的励磁，控制与系统电的励磁，控制与系统电压平衡的电机自感电势压平衡的电机自感电势的幅值，控制无功功率的幅值，控制无功功率的输出。的输出。 系统母线系统母线耦合变压器耦合变压器电机同步电抗电机同步电抗加变压器漏感加变压器漏感励磁励磁EXUI下 页上 页返 回l同步调相机同步调相机具有旋转无功发生器特具有旋转无功发生器特征的同步电机。征的同步电机。 E改变变流器输出改变变流器输出电压的幅值，就可电压的幅值，就可以控制变流器与交以控制变流器与交流系统之间无功功流系统之间无功功率的交换。率的交换。 系统母线系统母线耦合变压器耦合变压器XU+UdcCS
49、DC-AC开关变流器开关变流器U0I下 页上 页返 回开关型无功功率发生开关型无功功率发生器的基本变流器结构器的基本变流器结构UdcUoaUdcUocUobUoaUdcUocUobUoaUdcC/2C/2下 页上 页返 回F48脉冲变流脉冲变流器输出无功功器输出无功功率时的典型输率时的典型输出电压和电流出电压和电流波形波形10-1p.u0641081412ms16输出电流输出电流218输出电压输出电压线电压线电压fh=48n1Uh=U1/(48n1)20下 页上 页返 回S由充电电容支撑的直流电源所提供的有功输入功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
50、为零率为零，交流侧得到的瞬时有功功率之和也为零, ,直直流电容器输出的无功功率也应为零。流电容器输出的无功功率也应为零。S直流储能电容需根据上述要求进行控制，使变流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器与系统之间的瞬时输入/ /输出功率始终保持相等。输出功率始终保持相等。S为了保证瞬时输入和输出功率的相等，在直流电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，变流器必须能够从直流储容端电压恒定的情况下，变流器必须能够从直流储能电容中汲取对应的波动电流能电容中汲取对应的波动电流( (纹波电流纹波电流) )。 下 页上 页返 回S输入电流中的纹波分量完