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1、第第7 7章章 静止无功补偿装置静止无功补偿装置 采用电力电子器件控制的静止型动态无功补偿装置具有响应速度快和可连续调节的优点，已广泛应用于提高输电系统的稳定性、改善电能质量、对冲击性负荷的无功补偿和闪变抑制等领域。本章首先介绍FACTS的概念和静止无功补偿的基本原理，然后具体阐述晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)和静止同步补偿器(STATCOM)的工作原理。第第7 7章章 静止无功补偿装置静止无功补偿装置 7.1 概述7.2 晶闸管控制电抗器(TCR)7.3 晶闸管投切电容器(TSC)7.4 静止同步补偿器(STATCOM)7.1 7.1 概述概述7.1.1 灵活交流输电
2、系统简介 1.FACTS1.FACTS的概念 FACTS(Flexible AC Transmission Systems灵活交流输电系统或柔性交流输电系统)，就是在输电系统的重要部位，采用具有单独或综合功能的电力电子装置，对输电系统的主要参数(如电压、相位差、电抗等)进行调整控制，使输电系统更加可靠，具有更大的可控性和传输能力。2.FACTS2.FACTS的发展 目前在国内，中国电力科学研究院、部分高等院校、电力生产和设计部门及一些电气设备制造厂家已开始FACTS技术方面的规划和研究试制工作。对静止无功补偿器(SVC)已积累了较为丰富的制造和运行经验。灵活交流输电技术已在多个输电工程中得到应
3、用，但其推广却不是很快。7.1.2 7.1.2 静止无功补偿装置的发展静止无功补偿装置的发展 1.无功补偿的作用 (1)提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。(2)稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。(3)在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。2.2.静止无功补偿装置的发展l早期无功补偿装置有同步调相机(Synchronous CondenserSC)和并联电容器。l20世纪70年代以来，同步调相机和并联电容器逐渐被静止型无功补偿装置所取代。l电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将使用晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功
4、补偿的舞台，并逐渐占据了静止无功补偿的主导地位。l随着电力电子技术的进一步发展，20世纪80年代以来，出现了一种更为先进的静止型无功补偿装置，这就是采用自换相变流电路的静止无功补偿装置静止同步补偿器(Static Synchronous CompensatorSTATCOM)，也有人称之为新型静止无功发生器(Advanced Static Var GeneratorASVG)，或者轻型SVC(SVC-Light)。第第7 7章章 静止无功补偿装置静止无功补偿装置 7.1 概述7.2 晶闸管控制电抗器(TCR)7.3 晶闸管投切电容器(TSC)7.4 静止同步补偿器(STATCOM)7.2 晶闸
5、管控制电抗器(TCR)7.2.1 TCR基本原理TCR的基本原理(a)单相等效电路；(b)电压电流特性 l TCR的基本原理如图所示。其单相基本结构是两个反并联的晶闸管与一个电抗器相串联。l由于目前晶闸管的关断能力通常在39kV、36kA左右，实际应用中，往往采用多个(1020)晶闸管串联使用，串联的晶闸管要求同时触发导通。l通过改变晶闸管的触发延迟角a，可以改变电抗器电流的大小，即可以达到连续调整电抗器的基波无功功率的目的。l TCR型晶闸管阀的触发延迟角的有效范围在90180。1.a=90时，晶闸管完全导通，其吸收的基波电流和无功功率最大。2.当触发延迟角在90180之间时，晶闸管为部分区
6、间导通。减少了其吸收的无功功率。3.当触发延迟角为180时，TCR不吸收无功功率，其对电力系统不起任何作用。对于TCR，电抗器电流的表达式为(当awta+d时)IL=0 (当a+dwt0时，STATCOM发出无功功率，起着电容器的作用；当d0时STATCOM吸收无功功率，起着电抗器的作用；当d=0时，STATCOM与系统之间没有无功交换。STATCOM等效电路及工作原理(计及损耗)(a)单相等效电路；(b)相量图lSTATCOM的电压电流特性如右图所示。改变电网电压的参考值Uref可以使电压电流特性上下移动。l当电网电压下降，补偿器的电压电流特性向下调整时，STATCOM可以调整其变流器交流侧
7、电压的幅值和相位，以使其所能提供的最大无功电流ILmax和ICmax维持不变，仅受其电力半导体器件的电流容量限制。STATCOM的电压电流特性 l实际的STATCOM装置主要由以下几个部分构成：主电路、控制系统、保护系统、监测系统和冷却系统。目前世界上已运行的STATCOM装置均是基于全控器件，早期的STATCOM主要采用GTO，近年来随着大功率器件制造技术的发展和对STATCOM性能要求的提高，基于其他可关断器件(如IGCT、IGBT等)也开始得到迅速发展。l目前采用的主电路的基本单元结构为如图所示的单相桥三相桥和三单相桥电路。基本逆变桥单相桥、三相桥和三单相桥示意图 7.4.3 7.4.3
8、 控制方法控制方法 lSTATCOM的控制方法是STATCOM及其相关技术的重点研究课题之一。l对STATCOM装置的控制系统要求如下：控制速度快，一般要求控制系统本身的反应时间在1ms以下；控制精度高，通常要求STATCOM装置的驱动脉冲误差小于0.1电角度；多功能、多目标控制，如调节无功功率、稳定电压、改善系统的动态特性、阻尼系统振荡、提高系统暂态水平等。lSTATCOM控制策略的选择应根据其要实现的功能和应用的场合，以决定采用开环控制、闭环控制或者两者相结合的控制策略。lSTATCOM外闭环反馈控制量和调节器的选取由其要实现的功能决定 对于STATCOM装置的控制算法，应根据不同的要求设计不同的控制算法。主要的控制算法有基于比例积分(PI)调节器的无功功率控制方法和基于比例(P)调节器的控制系统电压的方法等。STATCOM的控制(a)基于PI的无功功率控制方框图；(b)基于P的系统电压控制方框图 根据补偿要实现的功能和应用场合，目前STATCOM的控制主要从控制策略和外闭环的反馈控制量的选取两方面来考虑，可以分为电流间接控制和电流直接控制。电流间接控制多用于较大容量的STATCOM场合，电流直接控制多用于较小容量的STATCOM场合。