《FACTS串聯(lián)補(bǔ)償》PPT課件.ppt

串聯(lián)補(bǔ)償,華北電力大學(xué) 譚偉璞,一、概述 P300,串聯(lián)補(bǔ)償?shù)幕舅枷胧窃谳旊娋€上串聯(lián)接入設(shè)備，以改變線路的靜態(tài)和動態(tài)特性，達(dá)到改善電網(wǎng)運(yùn)行性能的目的。 串聯(lián)補(bǔ)償普遍應(yīng)用的是無功補(bǔ)償，一般是在線路中串入固定電容或電感。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，可控串補(bǔ)技術(shù)越來越多地投入實(shí)際應(yīng)用，串聯(lián)接入線路的電容或電感可根據(jù)運(yùn)行需要調(diào)整補(bǔ)償量。 電力電子技術(shù)的發(fā)展推動了基于DC/AC逆變技術(shù)的串聯(lián)補(bǔ)償器的研究，串聯(lián)補(bǔ)償不僅可以補(bǔ)無功，還可以補(bǔ)有功，而且補(bǔ)償量是可控的。 串補(bǔ)不改變線路電壓等級和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只改變阻抗。,一、概述,串聯(lián)補(bǔ)償與并聯(lián)補(bǔ)償?shù)膮^(qū)別： P300 1.并補(bǔ)只需系統(tǒng)提供一個(gè)節(jié)點(diǎn)，另一端為大地或懸空；串補(bǔ)需要系統(tǒng)提供兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。 2.并補(bǔ)只改變節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣的對角線元素，或等效為注入系統(tǒng)的電流源。 3.并補(bǔ)裝置的容量相對較小，通過注入或吸收電流來調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，進(jìn)而改變潮流分布。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)電壓基本恒定，輸送的有功功率由線路兩端的電壓矢量及線路阻抗決定，所以，并補(bǔ)的電壓調(diào)節(jié)和潮流控制能力較弱。 串補(bǔ)直接改變線路阻抗或通過插入電壓源來改變線路的電壓分布，從而調(diào)節(jié)電流分布，因而其電壓調(diào)節(jié)和潮流控制能力強(qiáng)。,一、概述,串聯(lián)補(bǔ)償與并聯(lián)補(bǔ)償?shù)膮^(qū)別： P300 4. 并補(bǔ)只控制接入點(diǎn)電流，電流進(jìn)入系統(tǒng)后如何分布由系統(tǒng)本身決定，因而并補(bǔ)使接入點(diǎn)附近區(qū)域受益，適合電力部門采用。 串補(bǔ)可針對特定的用戶，實(shí)現(xiàn)潮流控制和電壓調(diào)節(jié)，適合于對特定用戶和特定輸電線路走廊的補(bǔ)償。 5. 并補(bǔ)裝置要承受全部節(jié)點(diǎn)電壓，輸出電流由所承受電壓及并補(bǔ)裝置的等效阻抗決定。 串補(bǔ)裝置需承受全部線路電流，其輸出電壓由所承受電流及串補(bǔ)裝置的等效阻抗決定。 6. 在同電壓等級及相近輸送容量的電路上，所安裝的并補(bǔ)裝置與串補(bǔ)裝置，設(shè)備容量差異很大。,一、概述,串聯(lián)補(bǔ)償?shù)淖饔茫?P302 1. 改變系統(tǒng)的阻抗特性； 2. 進(jìn)行潮流控制，優(yōu)化潮流分布，減少網(wǎng)損； 3. 提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性； 4. 改善系統(tǒng)動態(tài)特性提高輸送能力，增加聯(lián)絡(luò)線振蕩阻尼）； 5. 提高系統(tǒng)傳輸能力； 6. 控制節(jié)點(diǎn)電壓，改善無功平衡條件； 7. 阻尼系統(tǒng)震蕩，抑制次同步振蕩； 8. 快速可控串補(bǔ)提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性提高電磁功率外送； 9. 短路瞬間減小短路電流。,一、概述,串聯(lián)補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟恚?P301 補(bǔ)償度： 式9-1 等效電抗： 式9-2 有功功率： 式9-3 無功功率： 式9-4 串聯(lián)補(bǔ)償所補(bǔ)有功、無功曲線：圖9-2,一、概述,串聯(lián)補(bǔ)償與潮流控制： P302 串聯(lián)補(bǔ)償提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性： P303 串聯(lián)補(bǔ)償提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性： P304 串聯(lián)補(bǔ)償提高系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定性： P305 串聯(lián)補(bǔ)償抑制系統(tǒng)次同步振蕩： P306,可控串聯(lián)補(bǔ)償 Thyristior Controlled Series Capacitor,一、可控串補(bǔ)概述,可控串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)是上世紀(jì)90年代中期開始研究應(yīng)用的一種靈活交流輸電技術(shù)。 可控串補(bǔ)是在常規(guī)串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種基于電力電子的新型輸電技術(shù)，技術(shù)復(fù)雜、覆蓋面廣。 可控串補(bǔ)集傳統(tǒng)電力工業(yè)技術(shù)與新興電力電子技術(shù)于一體，覆蓋電網(wǎng)設(shè)計(jì)、電力電子、高壓電器、通訊測量、變電自動化等研究領(lǐng)域和相關(guān)設(shè)備元件制造行業(yè)。 可控串補(bǔ)依補(bǔ)償器的具體類型，具有不同的補(bǔ)償特性。,1.控制輸電線路中的輸送功率可以通過調(diào)節(jié)輸電線路的阻抗來實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)方法之一就是在輸電線路上直接安裝串聯(lián)電容器以減少線路阻抗達(dá)到提高線路輸送能力的目的。 P =V1V2sin/X 2.串聯(lián)電容器的容量可以是分級定值的形式，也可以是連續(xù)可調(diào)的形式。 3.連續(xù)可調(diào)形式補(bǔ)償器，為便于調(diào)節(jié)，保證輸電線路始終通暢，串聯(lián)電容器直接串聯(lián)在線路里，在其兩端并聯(lián)電抗器與電子開關(guān)的串聯(lián)支路。若需調(diào)節(jié)投入線路的串聯(lián)補(bǔ)償量，通過調(diào)節(jié)與電容器并聯(lián)的電抗量來間接實(shí)現(xiàn)。 理論上的最佳方案是基于DC/AC 換流技術(shù)的補(bǔ)償器。,一、可控串補(bǔ)概述,一、可控串補(bǔ)概述,4.串聯(lián)補(bǔ)償器分類 P307 a.固定串補(bǔ)：斷路器投切的電容器或電抗器； b.靜止串補(bǔ)：晶閘管投切或控制的電容器或電抗器。 c.有源串補(bǔ)：基于DC/AC 換流技術(shù)的補(bǔ)償器。 b、c皆為FACTS控制器。,二、可控串補(bǔ)控制器,FACTS串聯(lián)補(bǔ)償器以晶閘管投切串聯(lián)電容器（TSSC： Thyristor swithed series capacitor）和晶閘管控制串聯(lián)電容器（TCSC： Thyristor controlled series capacitor）應(yīng)用最廣。 有學(xué)者基于TCR的原理，提出可關(guān)斷晶閘管控制串聯(lián)電容器方案（GCSC： GTO controlled series capacitor）。 TCSC最有代表性，常簡稱可控串補(bǔ)。 P316,2.1 可控串補(bǔ)的結(jié)構(gòu)圖,TCSC 的原理接線圖,2.2 可控串補(bǔ)的功能,TCSC由于可通過改變晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通角來連續(xù)地調(diào)節(jié)串聯(lián)補(bǔ)償量，即連續(xù)改變串聯(lián)在線路中的容抗的大小，甚至可變?nèi)菘篂楦锌梗蚨鵀榭刂凭€路中的潮流提供了一種極好的手段。 大量的研究結(jié)果表明，TCSC不僅可改善系統(tǒng)的特性，控制輸電線路中的潮流，提高線路的輸送功率，還可抑制次同步振蕩，阻尼功率振蕩為系統(tǒng)提供電壓支持以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 TCSC的功能可概括為六個(gè)方面:,2.2 可控串補(bǔ)的功能,1、可以連續(xù)調(diào)節(jié)等值串聯(lián)電容的容抗，進(jìn)行潮流控制。 2、可提高輸電線的輸電容量或提高互連電網(wǎng)的傳輸能量。 3、可緩解系統(tǒng)中某個(gè)支路的過負(fù)荷問題，可控串補(bǔ)比普通串補(bǔ)更能適應(yīng)多種系統(tǒng)情況。 4、可以阻尼由于系統(tǒng)阻尼不足或由于系統(tǒng)擾動引起的低頻功率振蕩,提高動態(tài)穩(wěn)定性。 5、可提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。在系統(tǒng)受到大的擾動時(shí),可迅速調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角,改變串聯(lián)電容的補(bǔ)償度。 6、可抑制次同步振蕩。一種方法是在發(fā)生次同步振蕩時(shí),迅速調(diào)整串聯(lián)電容至最小值,對于次同步頻率,TCSC呈感抗,這樣便會對SSR起很強(qiáng)的阻尼作用。另一種方法是采集當(dāng)?shù)氐碾娏?、電?用矢量合成的方法獲得遠(yuǎn)方發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相位,經(jīng)過處理后用作對發(fā)電機(jī)軸振動的阻尼。,當(dāng)IcIL，即XcXl時(shí)，線路電流與電容電流同相位，電容電壓滯后線路電流90，并聯(lián)阻抗呈容性，相量圖如圖。 電容電流由兩部分組成，一是線路電流，一是電抗支路電流。因此電容兩端的電壓，比只有線路電流流過電容時(shí)的電壓高。電抗器支路電流越大，電容電壓也越高，即并聯(lián)后的等效容抗變大。,2.2 可控串補(bǔ)的功能,當(dāng)IcXl時(shí)，線路電流與電抗器電流同相位，電容電壓超前線路電流90，并聯(lián)阻抗呈感性，相量圖如圖。 如果在電抗支路中串聯(lián)晶閘管開關(guān)，對電抗進(jìn)行相控，當(dāng)改變晶閘管的觸發(fā)角時(shí)，就可改變支路電抗的電流，即改變并聯(lián)阻抗的大小與性質(zhì)。因此只要對晶閘管導(dǎo)通角進(jìn)行精確控制，就可以對TCSC的等值電抗快速、連續(xù)、平滑地調(diào)節(jié)，從而為系統(tǒng)提供可控串聯(lián)補(bǔ)償。,2.2 可控串補(bǔ)的功能,2.3 可控串補(bǔ)的基頻阻抗,由電抗器和電容器組成的并聯(lián)回路，其等效阻抗取決于兩者的關(guān)系。 當(dāng)電容器容抗小于電抗器感抗時(shí)，其等值阻抗呈容性，且等效容抗值不低于電容器實(shí)際容抗。 當(dāng)電容器容抗大于電抗器感抗時(shí)，其等值阻抗呈感性，且等效電抗值不低于電抗器實(shí)際感抗。 當(dāng)電容器容抗等于電抗器感抗時(shí)，系統(tǒng)構(gòu)成并聯(lián)諧振回路。,2.3 可控串補(bǔ)的基頻阻抗,基頻阻抗的表達(dá)式： 式中： 為工頻角頻率。 為電容器和電抗器環(huán)路的諧振角頻率。 可參見P317 P322各公式。,2.4 可控串補(bǔ)的控制原理,可控串補(bǔ)的控制原理是根據(jù)各種控制目的(系統(tǒng)穩(wěn)定控制、恒功率控制、恒阻抗控制等)，得出要求串補(bǔ)輸出的基波阻抗值，再根據(jù)圖中所示的曲線得到與該阻抗值對應(yīng)的觸發(fā)角。,2.4 可控串補(bǔ)的控制原理,TCSC晶閘管觸發(fā)延遲角的控制范圍是90到180，在該范圍內(nèi)，TCSC的穩(wěn)態(tài)阻抗特性分為容性運(yùn)行區(qū)和感性運(yùn)行區(qū)。在感性運(yùn)行區(qū)和容性運(yùn)行區(qū)之間的轉(zhuǎn)換過程中，要經(jīng)過一個(gè)諧振點(diǎn)。與諧振點(diǎn)對應(yīng)的控制觸發(fā)延遲角acri的大小由電容和電感的參數(shù)決定。 當(dāng)晶閘管觸發(fā)延遲角位于區(qū)間(acri,180內(nèi)時(shí)，TCSC呈現(xiàn)容性等效電抗運(yùn)行特性。觸發(fā)延遲角為180時(shí)對應(yīng)于晶閘管全關(guān)斷運(yùn)行模式，對應(yīng)的等效容抗數(shù)值最小，即電容器標(biāo)稱容抗XC，標(biāo)幺值為1.0p.u.。,2.4 可控串補(bǔ)的控制原理,從180逐漸減小觸發(fā)延遲角(增大觸發(fā)越前角)，TCSC等效容抗逐漸增大，對應(yīng)于容性微調(diào)運(yùn)行模式。 當(dāng)晶閘管觸發(fā)延遲角位于區(qū)間90, acri)內(nèi)時(shí)，TCSC呈現(xiàn)感性等效電抗運(yùn)行特性。觸發(fā)延遲角為90時(shí)等效感抗數(shù)值最小，對應(yīng)晶閘管旁路運(yùn)行模式，等效感抗在數(shù)值上等于電容電抗和電感電抗并聯(lián)，一般遠(yuǎn)小于1.0p.u.。 從90開始逐漸增大觸發(fā)延遲角，在達(dá)到諧振角acri之前，TCSC等效感抗逐漸增大，對應(yīng)于感性微調(diào)運(yùn)行模式。,2.5 可控串補(bǔ)的兩種工作方案,1、晶閘管開關(guān)或關(guān)或閉，電抗器或并入或切除，實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)控制，比較簡單，不會發(fā)生電容和電感并聯(lián)工頻諧振，即分階控制方式。 2、連續(xù)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，可連續(xù)改變串聯(lián)電容電抗組的電抗。這種可控串補(bǔ)也稱先進(jìn)串補(bǔ)（ASC），目前世界各國研究的重點(diǎn)是這種TCSC串補(bǔ)。 在接線形式上兩種串補(bǔ)并無差別，因此可以選擇兩種形式中的一種作為運(yùn)行方式。 研究（ASC）型可控串補(bǔ)，應(yīng)用的是靜止補(bǔ)償器（SVC）中的固定電容器（FC）和晶閘管控電抗器（TCR）的熟悉技術(shù)特性。 TCSC與SVC的主要差別在電源類型方面，SVC是電壓源型， TCSC是電流源型。 3、特性分析見P322P325。,2.6 GCSC基本原理 P310,由GTO構(gòu)成的雙向開關(guān)并聯(lián)在串聯(lián)補(bǔ)償電容器兩端。 GCSC補(bǔ)償量的控制是通過選擇開通關(guān)斷GTO的時(shí)刻來實(shí)現(xiàn)的。其原理類同TCR。 關(guān)斷時(shí)刻的選?。阂跃€路電流為參照，關(guān)斷角的取值范圍為90180，則補(bǔ)償電容器的導(dǎo)通角C180。 開通時(shí)刻的選?。貉a(bǔ)償電容器充電電壓由最大值降為0時(shí)，導(dǎo)通對應(yīng)的GTO， GTO的導(dǎo)通角4。 相關(guān)公式見P312P313。 考慮線路中可能出現(xiàn)的短路電流的影響，GCSC要有相應(yīng)的電流裕量，并有過電壓保護(hù)措施。,2.6 GCSC基本原理,討論P(yáng)314 方案,2.7 TSSC基本原理 P315,由SCR（THY）構(gòu)成的雙向開關(guān)并聯(lián)在串聯(lián)補(bǔ)償電容器兩端。 TSSC補(bǔ)償量的控制是通過控制導(dǎo)通SCR來實(shí)現(xiàn)的。其原理類同TSC。 SCR導(dǎo)通時(shí)刻的選?。?以線路電流為參照，當(dāng)電流達(dá)到0值時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通相應(yīng)的晶閘管。 分析討論圖917波形。 TCSC的主要問題是有引起次同步振蕩的危險(xiǎn)。,2.8 可控串補(bǔ)的組成及安裝原則,串聯(lián)電容器補(bǔ)償是提高長距離輸電線路輸電能力的有力措施。當(dāng)采取單點(diǎn)補(bǔ)償方式時(shí)，從提高系統(tǒng)穩(wěn)定極限考慮，將電容器安裝在線路中點(diǎn)是最佳選擇。 普通串補(bǔ)有可能引起次同步諧振，應(yīng)該與可控串補(bǔ)結(jié)合運(yùn)用。 實(shí)用中采用多個(gè)單元串聯(lián)的構(gòu)成模式，并包括相關(guān)的保護(hù)單元。 參見P327。,2.9 可控串補(bǔ)的缺點(diǎn),1、需要一個(gè)容量大的電容器； 2、由于吸收的無功功率是電容器和電感器相互抵消的結(jié)果，在吸收或發(fā)出較小的無功功率時(shí)，電容器與電抗器實(shí)際上都吸收了較大的無功功率，都會有很大的電流流過； 3、串聯(lián)補(bǔ)償將使短路電流增大，可能引起繼電保護(hù)誤動。,三、可控串補(bǔ)的工程應(yīng)用 詳見P338P368,最早的串聯(lián)補(bǔ)償是1928年美國紐約電網(wǎng)33kV系統(tǒng)的串聯(lián)電容補(bǔ)償器，用于均衡潮流。 20世紀(jì)50年代初,蘇聯(lián)在古比雪夫向莫斯科送電的1000km 400kV線路，瑞典由北部水電站群向南部負(fù)荷中心送電的多回長距離重載400kV線路，北美西部系統(tǒng)若干條500kV長距離輸電線路等都采用了串聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置。 我國1966年華東電網(wǎng)220kV、1972年西北電網(wǎng)330kV投運(yùn)第一套串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，現(xiàn)退出運(yùn)行。 著名的幾個(gè)成功的工程實(shí)例是：,3.1 Kanawha river工程：,最早投入運(yùn)行的是ABB公司與AEF公司（美利堅(jiān)電力公司）合作的一組，稱為卡那瓦河工程（Kanawha river project），這個(gè)最初的實(shí)用工程稱“可控串補(bǔ)電容”，簡稱CSC。 這個(gè)工程是實(shí)驗(yàn)性的，只裝在一相上面，并且只是用晶閘管投切1/6的串聯(lián)電容，可以說是極初步的探討，于19911992年完成了現(xiàn)場試驗(yàn)。,3.2 Kayenta工程,是1992年調(diào)試的工程，位于美國亞利桑那州東北部，是第一條按連續(xù)調(diào)節(jié)方式，3相補(bǔ)償?shù)目煽卮a(bǔ)線路，但它只用晶閘管調(diào)節(jié)串聯(lián)電容的13，其目的是為了取得晶閘管控制阻抗的認(rèn)識。這個(gè)工程進(jìn)行了幾次重要的現(xiàn)場試驗(yàn)，考慮了較多的技術(shù)細(xì)節(jié)。 該裝置包括兩組工頻容抗為55歐的串聯(lián)電容器組。其中第一組為固定串聯(lián)電容器，第二組分為兩部分，一部分是40歐的固定串聯(lián)電容器，另一部分是在15歐的電容器兩端并聯(lián)帶有晶閘管控制的電抗器支路的可控電容器。,3.3 Slatt工程,這項(xiàng)工程處于美國西北部，是美國電力研究院的實(shí)驗(yàn)性研究項(xiàng)目，于1993年9月投入運(yùn)行。 這項(xiàng)工程的一些研究內(nèi)容未作詳細(xì)披露，一項(xiàng)試驗(yàn)也未公布結(jié)果。 這項(xiàng)工程開始是美國電科院征求各電力公司合作，提供可控串補(bǔ)的運(yùn)行條件，BPA公司提出3個(gè)可供選擇的現(xiàn)場，由電科院決定取舍，最后選定Slatt串聯(lián)電容工程作為可控串補(bǔ)的現(xiàn)實(shí)場所。 Slatt工程的目的是可控串補(bǔ)技術(shù)的研究實(shí)踐。,3.3 Slatt工程,1993年，美國邦納維爾電業(yè)管理局所屬的Slatt變電站，500kV系統(tǒng)側(cè)，安裝了一套多模塊TCSC裝置。 該裝置由6個(gè)相同的TCSC模塊組成，每個(gè)模塊的串聯(lián)電容器容抗為1.33歐，三相電容器總?cè)萘繛?02MVar。和單模塊TCSC裝置相比較而言，多模塊TCSC裝置具有阻抗可控范圍寬，連續(xù)調(diào)節(jié)性能好的優(yōu)點(diǎn)。 研究人員在此基礎(chǔ)上針對TCSC裝置的特性及其在阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩和抑制次同步諧振等應(yīng)用方面開展了大量的理論和試驗(yàn)研究工作。,3.4 瑞典中部Forsmark核電站工程,位于瑞典中部的Forsmark核電站通過多回400kV的輸電線路與北部水電系統(tǒng)相連，這些線路全部采用了固定串聯(lián)補(bǔ)償。 其中，一臺容量為1300MW的發(fā)電機(jī)組多次發(fā)生次同步諧振問題引起繼電保護(hù)動作，串聯(lián)電容器被迫旁路運(yùn)行，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的功率傳輸。 為解決這一問題，1997年對安裝在Stode變電站的串聯(lián)補(bǔ)償裝置進(jìn)行了改造，其補(bǔ)償容量的30%由TCSC裝置實(shí)現(xiàn)，另外70%的補(bǔ)償容量仍然是通過固定串聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)。這是專門為解決SSR問題而安裝的TCSC裝置。,3.5 巴西互聯(lián)電網(wǎng)工程,1997年巴西在其北南電網(wǎng)互聯(lián)工程中從Imperatriz到Samambaia長達(dá)1200km的500kV輸電線路上安裝了串聯(lián)補(bǔ)償裝置，包括6組容量為161MVar的固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置以及2組容量為108MVar的TCSC裝置，用于阻尼系統(tǒng)低頻振蕩和抑制可能發(fā)生的SSR問題，以提高系統(tǒng)的輸電能力。,3.6 我國引進(jìn)的串補(bǔ)裝置,2000年11月，陽城三堡500kV輸電系統(tǒng)兩套西門子500MVar串補(bǔ)度40的固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置。 2001年6月，華北電網(wǎng)大房500kV輸電系統(tǒng)ABB串補(bǔ)度35的固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置。 2003年6月，華北電網(wǎng)豐萬順500kV輸電系統(tǒng)NOKIAN串補(bǔ)度35的固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置。 2003年11月，貴州青巖廣西河池500kV雙回聯(lián)絡(luò)線河池變電站西門子762MVar串補(bǔ)度50的固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置，迄今容量最大。,四、我國的可控串補(bǔ)研發(fā)工程,1996年在國家自然科學(xué)基金和原電力部的資助下，中國電力科學(xué)研究院和清華大學(xué)等單位，開始可控串補(bǔ)的基礎(chǔ)理論研究。 根據(jù)西電東送、南北互供和全國聯(lián)網(wǎng)的需要，針對我國電網(wǎng)亟待提高電網(wǎng)輸送能力和電力系統(tǒng)供電可靠性、緩解輸電走廊緊張、提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合隴南地區(qū)水電開發(fā)急需提高電網(wǎng)輸電能力等問題，國家電網(wǎng)公司于2003年立項(xiàng)，將甘肅可控串補(bǔ)工程作為可控串補(bǔ)國產(chǎn)化科技示范工程。該工程由中國電力科學(xué)研究院和甘肅省電力公司組織研發(fā)。,四、我國的可控串補(bǔ)研發(fā)工程,2000年，國家電力公司委托中國電力科學(xué)研究院開展可控串補(bǔ)關(guān)鍵設(shè)備的研制。 2003年國家電網(wǎng)公司批準(zhǔn)了“甘肅碧口至成縣220kV系統(tǒng)可控串補(bǔ)工程可行性研究報(bào)告”，并被列為國家發(fā)改委“十五”重大裝備研制項(xiàng)目和國家電網(wǎng)公司重大科研項(xiàng)目。 這是我國第一個(gè)國產(chǎn)化可控串補(bǔ)裝置工程220千伏成碧可控串補(bǔ)裝置工程。,四、我國的可控串補(bǔ)研發(fā)工程,2004年12月22日，在甘肅省隴南地區(qū)成縣變電站，我國第一個(gè)國產(chǎn)化可控串補(bǔ)工程甘肅碧口至成縣220kV可控串補(bǔ)工程一次投運(yùn)成功，經(jīng)過4天各種系統(tǒng)運(yùn)行條件的考驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并于12月26日正式投入運(yùn)行。 該工程由國家電網(wǎng)公司組織領(lǐng)導(dǎo)，甘肅省電力公司組織實(shí)施，委托甘肅隴南電力局和甘肅送變電公司建設(shè)，中國電力科學(xué)研究院提供可控串補(bǔ)成套設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位為華北電力設(shè)計(jì)院。,四、我國的可控串補(bǔ)研發(fā)工程,220千伏成碧可控串補(bǔ)裝置工程是國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目，也是世界上目前投運(yùn)的8個(gè)可控串補(bǔ)工程中容量最大的全可控串補(bǔ)裝置。 成碧可控串補(bǔ)裝置的投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了可控串補(bǔ)裝置的國產(chǎn)化，打破了國外公司在該技術(shù)領(lǐng)域的壟斷，填補(bǔ)了我國在靈活交流輸電系統(tǒng)技術(shù)上的空白，標(biāo)志著我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高壓/超高壓靈活交流輸電技術(shù)進(jìn)入工程實(shí)用化階段。 成碧可控串補(bǔ)工程動態(tài)投資6196萬元。 與新建一回220kV線路相比較，安裝可控串補(bǔ)減少投資1億元，并且能改善系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性，抑制低頻振蕩。,四、我國的可控串補(bǔ)研發(fā)工程,成碧可控串補(bǔ)工程的順利投運(yùn)，使我國一舉成為繼美國、德國和瑞典之后第四個(gè)可以制造可控串補(bǔ)的國家。 中國電力科學(xué)研究院成為繼GE、ABB和西門子公司之后，第四個(gè)能夠生產(chǎn)可控串補(bǔ)成套裝置的企業(yè)。 甘肅可控串補(bǔ)工程是世界上第七個(gè)可控串補(bǔ)工程，也是世界上全可控串補(bǔ)度最大的工程和第一個(gè)常規(guī)與可控混合型串補(bǔ)工程。該工程的投產(chǎn)還標(biāo)志著我國同時(shí)實(shí)現(xiàn)了可控串補(bǔ)和常規(guī)串補(bǔ)的國產(chǎn)化。,四、我國的可控串補(bǔ)研發(fā)工程,甘肅可控串補(bǔ)工程實(shí)施后，可使碧口成縣220kV輸電線路的暫態(tài)穩(wěn)定極限提高 33，可滿足碧口地區(qū)水電汛期送電的需要。 隨著碧口地區(qū)水電的開發(fā)，汛期可多送電量4.21億千瓦時(shí)，按平均電價(jià)每千瓦時(shí)0.285分計(jì)算，每年可增加售電收入1.2億元（含稅）。 裝置在220千伏成碧線的成功應(yīng)用，有效降低了成碧線的線損，改善了隴南電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，使成碧線的輸送功率提高近129mw，有效緩解了隴南電網(wǎng)供電緊張的局面，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著。,五、我國首個(gè)可控串補(bǔ)工程,亞洲首個(gè)500kV可控串補(bǔ)工程天廣交流輸變電平果站已于2003年11月投運(yùn)。天廣可控串補(bǔ)系統(tǒng)提高了廣西500kV交流電網(wǎng)天生橋平果輸電線路的輸電容量。天廣TCSC是首個(gè)使用光直接觸發(fā)晶閘管(LTT)的串補(bǔ)工程，它不僅可用作控制裝置還可用作快速旁路開關(guān)裝置，并能承受很大的交流故障電流。 裝置由西門子制造。,靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器 Static Synchronous Series Compensator SSSC or S3C,一、SSSC概述 P376,SSSC是串聯(lián)接入系統(tǒng)的一個(gè)電壓源。 電壓源一般由電壓源型電力電子DC/AC逆變器生成。（靜止） 逆變器生成的電壓源必須與系統(tǒng)電壓同頻率。（同步） SSSC串聯(lián)接入系統(tǒng)后，既可以與系統(tǒng)進(jìn)行有功交換，也可與系統(tǒng)進(jìn)行無功交換。一般情況下，是對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。 SSSC串聯(lián)接入系統(tǒng)的電壓源通常是通過串聯(lián)變壓器注入系統(tǒng)的。,一、SSSC概述,SSSC與SVG采用相同的電路結(jié)構(gòu)，多為三相電壓源型逆變器，也可以是三個(gè)單相橋。由于SSSC是工作在輸電系統(tǒng)中，線路中的功率容量很大，電力電子器件的工作電壓、電流及頻率都受到限制，逆變器通常采用多重化、多電平或單相橋的串并聯(lián)級聯(lián)形式，但逆變器的輸出電壓都是串聯(lián)接入系統(tǒng)。 見P379P381的圖106，107，108 SSSC通常是通過向線路注入一個(gè)與線路電流相差90度的可控電壓，以快速控制線路的有效阻抗，從而進(jìn)行有效的系統(tǒng)控制。,二、SSSC的工作原理及特性,SSSC串聯(lián)注入系統(tǒng)的電壓： SSSC與系統(tǒng)是進(jìn)行有功交換還是與系統(tǒng)進(jìn)行無功交換，主要看U與I的相位關(guān)系。 一般情況下， SSSC是對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償：,SSSC與TCSC不同之處： TCSC串入線路中可以等效成可變?nèi)菘梗氲腟SSC可以等效成電壓源，通過控制換流器，可連續(xù)改變其輸出電壓的幅值和相位，從而改變線路兩端的電壓(幅值和相位)，實(shí)現(xiàn)對線路有功、無功潮流的控制和阻尼系統(tǒng)的功率振蕩，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定極限的目的。 詳見P387,二、SSSC的工作原理及特性,2.1 SSSC的原理圖 P376,線路,首端,末端,SSSC的原理圖,2.2 三相電壓源型逆變器SSSC,P379,2.3 三單相電壓源型逆變器SSSC,P380,2.4 SSSC的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),SSSC由于采用電力電子控制，最顯著的特 點(diǎn)是調(diào)節(jié)速度快、運(yùn)行范圍廣。 對于電力電子設(shè)備必產(chǎn)生諧波這個(gè)問題，SSSC通 過采用大容量PWM逆變器、多重化、多電平技 術(shù)等措施后，可大大減少補(bǔ)償電流中諧波的含量 SSSC中的電抗器和電容元件可以取的容量較小。 SSSC可在必要時(shí)短時(shí)內(nèi)向電網(wǎng)提供一定有功。 SSSC的優(yōu)點(diǎn)可簡單概括為七點(diǎn),2.4 SSSC的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),SSSC實(shí)質(zhì)上是有源可控串補(bǔ),2.5 SSSC的特性與模型,P377,2.5 SSSC的特性與模型,P377,2.5 SSSC的特性與模型,P377,2.5 SSSC的特性與模型,P377,2.5 SSSC的特性與模型,P378； P388,2.6 SSSC的擴(kuò)展,直流側(cè)接儲能裝置，SSSC裝置同時(shí)可以補(bǔ)償有功功率和無功功率，相當(dāng)于可控制線路的電抗和電阻。 線路兩端電壓恒定為V，相角差為，則線路存在電阻時(shí)傳輸功率的公式為：,P388,2.6 SSSC的擴(kuò)展,線路的電抗電阻比（XL/R)對線路傳輸能力的影響,P388,2.6 SSSC的擴(kuò)展,2.7 SSSC對次同步振蕩的影響,SSSC對次同步振蕩的影響及控制 次同步振蕩簡介 SSSC對次同步振蕩的影響 SSSC應(yīng)對次同步振蕩的策略,2.7 SSSC對次同步振蕩的影響,次同步振蕩簡介 （ SSO） （subsynchronous oscillation） 電力系統(tǒng)存在頻率為f 的振蕩，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸系（非剛性）存在f0 -f 的固有振蕩頻率，系統(tǒng)電頻率振蕩與軸系的振蕩互相激勵，導(dǎo)致嚴(yán)重的振蕩有可能影響發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的壽命，嚴(yán)重時(shí)損壞發(fā)電機(jī)的軸系。當(dāng)ff0時(shí)稱為次同步振蕩。 我國曾出現(xiàn)秦嶺電廠的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子因次同步振蕩而扭斷并飛出幾公里外的嚴(yán)重事故。 關(guān)于次同步振蕩的知識可參見倪以信的動態(tài) 電力系統(tǒng)的理論和分析。,2.7 SSSC對次同步振蕩的影響,輸電線串聯(lián)電容器補(bǔ)償可能引起次同步振蕩，TCSC可以控制內(nèi)部電容器及電抗的頻率特性，因此不會引起次同步振蕩，甚至可能消除次同步振蕩。 SSSC裝置是電壓源逆變器，只產(chǎn)生基波電壓，對其他頻率分量的阻抗理論上為零，不會影響系統(tǒng)其他頻率分量的特性，因此不會改變系統(tǒng)其他頻率的特性，也不會引起次同步振蕩。 實(shí)際中，由于存在變壓器漏抗（但很?。?，因此會影響系統(tǒng)的非基波頻率特性。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，SSSC裝置直流電壓波動，會與系統(tǒng)振蕩相互作用。,2.8 SSSC的控制, FACTS裝置一般都采用雙環(huán)控制，外環(huán)控制根據(jù)系統(tǒng)控制的目標(biāo)要求給出內(nèi)環(huán)控制的參考量如VREF 或IREF，XREF等等。 SSSC的內(nèi)環(huán)控制： 只控制相角差的內(nèi)環(huán)控制 同時(shí)控制相角差，又控制直流側(cè)電容電壓（控制脈寬即）的內(nèi)環(huán)控制 SSSC的外環(huán)控制： SSSC的外環(huán)控制為多目標(biāo)控制,2.8 SSSC的控制,P385 圖1015,2.8 SSSC的控制,P385 圖1016,2.8 SSSC的控制,SSSC的外環(huán)多目標(biāo)控制： 電力系統(tǒng)的控制是多目標(biāo)控制 1.維持節(jié)點(diǎn)電壓恒定或基本恒定 2.阻尼電力系統(tǒng)振蕩 3.改善系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo) 4.提高輸電線路的暫態(tài)穩(wěn)定極限 5.提高輸電線路的靜態(tài)穩(wěn)定極限,2.8 SSSC的控制,P386,靜止電壓/相角調(diào)節(jié)器,一、移相調(diào)節(jié)變壓器,內(nèi)容 1、移相調(diào)節(jié)變壓器（PST也稱PAR) 2、晶閘管控制的移相調(diào)節(jié)變壓器 （TCPST） 3、晶閘管投切的移相調(diào)節(jié)變壓器 （TSPST）,一、移相調(diào)節(jié)變壓器,基本原理 電壓調(diào)節(jié)器（縱向調(diào)節(jié)） 相角調(diào)節(jié)器（橫向調(diào)節(jié)） 電壓相角調(diào)節(jié)器（斜向調(diào)節(jié)） 統(tǒng)稱PST=Phase Shifting Transformer ，簡稱 移相器，也稱PAR=Phase Angle Regulator， 相角調(diào)節(jié)器),1.1 機(jī)械式電壓調(diào)節(jié)器（縱向調(diào)節(jié)）,P393,1.2 機(jī)械式相角調(diào)節(jié)器（橫向調(diào)節(jié)）,P394,1.3 機(jī)械式電壓相角調(diào)節(jié)器（斜向調(diào)節(jié)）,P394,二、晶閘管控制的移相調(diào)節(jié)變壓器,晶閘管控制的移相調(diào)節(jié)變壓器（TCPST） （Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer）或（TCVR） TCPST的基本原理是在輸電線每相電壓中串入一個(gè)與線路相電壓垂直的可變電壓分量，采用晶閘管控制，連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)其幅值，從而調(diào)節(jié)線路兩端電壓向量間的角度，以達(dá)到控制線路負(fù)荷，調(diào)節(jié)網(wǎng)內(nèi)功率分配和增進(jìn)線路穩(wěn)定極限以及阻尼振蕩等目的。,二、晶閘管控制的移相調(diào)節(jié)變壓器,TCPST的基本功能： 1.電壓調(diào)節(jié)器（縱向調(diào)節(jié)） 2.相角調(diào)節(jié)器（橫向調(diào)節(jié)） 3.電壓相角調(diào)節(jié)器（斜向調(diào)節(jié)）,2.1 TCPST對系統(tǒng)功角特性的影響,P391,2.1 TCPST對系統(tǒng)功角特性的影響,P392,2.2 TCPST對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響,2.2 T