動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用童陸園教授清華大學(xué)柔性輸配電系統(tǒng)研究所所長清華四方電力系統(tǒng)穩(wěn)控聯(lián)合研究所副所長1/31/20231動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用內(nèi)容1.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償2.大功率電力電子 與VSC技術(shù)3.動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù) 4.

TCR和VSC 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方案比較1/31/20232動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)墓沧R(shí)有功可以遠(yuǎn)距離輸送，無功只能就近平衡！瞬間大的有功動(dòng)態(tài)不平衡會(huì)造成頻率崩潰，大的無功動(dòng)態(tài)不平衡會(huì)造成電壓崩潰；在受電側(cè)不僅需要電廠，還需要足夠的電壓支撐！主要負(fù)荷點(diǎn)電壓如果低到70－80%就可能發(fā)生電壓崩潰！電廠接入點(diǎn)電壓如低于一定水平將自動(dòng)停機(jī)！尤其是核電站要求很苛刻；1/31/20234動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)囊饬x調(diào)節(jié)長距離傳輸線路電壓，以提高線路功率傳輸能力抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)提高輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性提高受電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性抑制功率振蕩1/31/20235動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用。嚴(yán)重故障

故障沖擊造成低電壓

潮流大量轉(zhuǎn)移HVDC雙級(jí)閉鎖及相關(guān)事故 受端主力機(jī)組失磁

負(fù)荷突增

一般由空調(diào)負(fù)荷迅速大量增加造成區(qū)外輸電比例越來越大不僅使負(fù)荷中心有功熱備用減少也使得動(dòng)態(tài)無功支撐日益不足阻抗型無功補(bǔ)償裝置（并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置、濾波器、SVC等）無功隨電壓平方倍變化恒定功率負(fù)荷增多調(diào)相機(jī)逐漸退出

功角穩(wěn)定問題與電壓穩(wěn)定問題常?；檎T因

暫態(tài)電壓崩潰？1/31/20236動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用正常運(yùn)行：動(dòng)態(tài)無功平衡---高供電質(zhì)量、穩(wěn)定裕度故障沖擊：動(dòng)態(tài)無功控制---動(dòng)態(tài)穩(wěn)定樞紐點(diǎn)電壓迅速下降,無功平衡突然破壞--能迅速動(dòng)態(tài)平衡；-既要能維持暫態(tài)功角穩(wěn)定也要能維持暫態(tài)電壓穩(wěn)定, 功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定事故常是伴生的；-關(guān)鍵是在重要樞紐點(diǎn)要有足夠的能快速反應(yīng)的動(dòng)態(tài) 電壓或無功支撐！對(duì)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)囊?/31/20237動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用隨著華北華中聯(lián)網(wǎng)工程的實(shí)施，東北、華北、華中、川渝電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)交流互聯(lián)，形成一個(gè)北自伊敏、南至二灘，地跨14個(gè)省、市、自治區(qū)，裝機(jī)容量超過1.4億千瓦，南北距離超過4600公里的超大規(guī)模同步交流系統(tǒng)。由于互聯(lián)電網(wǎng)中各區(qū)域電網(wǎng)500千伏主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)尚不十分健全，區(qū)域電網(wǎng)間僅通過單回500千伏線路弱聯(lián)系，加之處于互聯(lián)電網(wǎng)兩側(cè)末端的伊敏電廠、二灘電廠均為遠(yuǎn)距離、大容量送電，因此，整個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定問題比較突出。全國聯(lián)網(wǎng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響1/31/20238動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用華中Central華東East華北North東北Northeast川渝ChuanYu福建Fujian2003年全國聯(lián)網(wǎng)示意圖1/31/20239動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用500kv220kv330kv火電廠水電廠核電廠變電站西北Northwest南方South山東Shandong2005年全國聯(lián)網(wǎng)示意圖1/31/202310動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用互聯(lián)電網(wǎng)特性的主要變化聯(lián)網(wǎng)后局部故障影響范圍擴(kuò)大一些重要輸電斷面的暫態(tài)穩(wěn)定水平發(fā)生變化動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題趨于嚴(yán)重，成為影響電網(wǎng)穩(wěn)定的一個(gè)主要因素電壓穩(wěn)定問題更為突出頻率穩(wěn)定性得到改善影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的因素多元化

1/31/202311動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用聯(lián)網(wǎng)后局部故障影響范圍擴(kuò)大隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，在事故擾動(dòng)過程中影響和波及的范圍也將擴(kuò)大，局部電網(wǎng)的故障將可能波及鄰近電網(wǎng)，在某些情況下可能誘發(fā)惡性連鎖反應(yīng)。例如東北電網(wǎng)內(nèi)部部分線路三永故障，可能造成萬縣變母線電壓大幅跌落，引起川渝機(jī)組相對(duì)其他機(jī)組失步，三萬線低壓解列裝置動(dòng)作解列。1/31/202312動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用電壓穩(wěn)定問題更為突出華北華中電網(wǎng)互聯(lián)后，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題更為突出，主要原因：一是由于弱阻尼或負(fù)阻尼區(qū)域振蕩模式的存在，容易發(fā)生電壓和功率的較大幅度波動(dòng)。二是互聯(lián)電網(wǎng)的在事故過程中容易發(fā)生潮流的大范圍轉(zhuǎn)移，使得一些重潮流區(qū)域的電壓快速下降或崩潰。1/31/202313動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用頻率穩(wěn)定性得到改善互聯(lián)后電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，使全系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性得到改善，系統(tǒng)抵御大機(jī)組掉閘等沖擊的能力增強(qiáng)，川渝電網(wǎng)大機(jī)小網(wǎng)問題通過聯(lián)網(wǎng)得到較好緩解。但當(dāng)互聯(lián)系統(tǒng)交換功率較大時(shí)，如果聯(lián)絡(luò)線因故障跳開，需要采取措施保證送、受端系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。1/31/202314動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的因素多元化

大型互聯(lián)電網(wǎng)中，電網(wǎng)內(nèi)一個(gè)斷面潮流的增加，可能造成整個(gè)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的惡化。區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的安全穩(wěn)定控制可能與相鄰電網(wǎng)的某些運(yùn)行條件及因素有較強(qiáng)的相關(guān)性。由此增加了電網(wǎng)運(yùn)行安全控制的復(fù)雜程度。1/31/202315動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用未來大中心負(fù)荷區(qū)受電系統(tǒng)設(shè)想遠(yuǎn)距發(fā)端負(fù)荷中心動(dòng)補(bǔ)遠(yuǎn)距發(fā)端遠(yuǎn)距發(fā)端動(dòng)補(bǔ)串補(bǔ)動(dòng)補(bǔ)遠(yuǎn)郊電廠遠(yuǎn)郊電廠環(huán)形強(qiáng)受電網(wǎng)低頻低壓減載接在系統(tǒng)振蕩中心附近，提高送電極限接在覆蓋大量電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的較低的電壓側(cè)DVRAPF儲(chǔ)能分布電源實(shí)行分時(shí)分質(zhì)電價(jià)1/31/202316動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用大功率電力電子與VSC技術(shù)大功率電力電子應(yīng)用的共同核心技術(shù)高電壓大容量變流技術(shù)和裝置主電路及控制系統(tǒng)技術(shù)電磁兼容性（EMC）和抗干擾技術(shù)故障診斷、保護(hù)和預(yù)警技術(shù)仿真、測試與試驗(yàn)技術(shù)新型高電壓大容量電力電子元件及其應(yīng)用技術(shù)新型高電壓大容量門極可關(guān)斷器件（IGBT、IGCT等）大容量器件的串并聯(lián)技術(shù)生產(chǎn)與制造1/31/202318動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用電力電子裝置：核心技術(shù)是大功率變流器，VSC（VoltageSourceConvoter）大功率變流器技術(shù)也是其他FACTS/HVDC及變頻等大功率電力電子應(yīng)用的核心技術(shù)STATCOM可直接轉(zhuǎn)成SSSC，UPFC，輕型直流等核心技術(shù)可應(yīng)用于SVC/TCSC/HVDC/高壓變頻等1/31/202319動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用

SC4

中點(diǎn)箝位三電平三相橋電壓型逆變器1/31/202320動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用H橋串聯(lián)電壓型逆變器1/31/202321動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用基于VSC的輕型直流輸電技術(shù)輕型直流輸電技術(shù)不是傳統(tǒng)高壓直流輸電的換代技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域不同輕型直流輸電技術(shù)的應(yīng)用范圍：向偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、海上供電城市配電網(wǎng)增容改造清潔能源發(fā)電不同額定頻率或相同額定頻率的交流系統(tǒng)間的非同步運(yùn)行直流環(huán)網(wǎng)供電提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量1/31/202322動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用基于VSC的輕型直流輸電技術(shù) 輕型直流輸電的基礎(chǔ)技術(shù)是采用IGBT/IGCT構(gòu)成的電壓源逆變器1/31/202323動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用國外輕型直流輸電的主要工程時(shí)間地點(diǎn)功率/電壓（MW/kV）長度說明1997-03瑞典Hellsjon3/±1010第一個(gè)試驗(yàn)性輕型直流工程1999-06瑞典Gotland50/±8070島上風(fēng)力發(fā)電送至負(fù)荷中心1999澳大利亞Directlink65×3/±80地下電纜連接兩個(gè)電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)地區(qū)電能交易2000-08丹麥Tiaerebor7.2/±94.3風(fēng)力發(fā)電站與交流主網(wǎng)相聯(lián)2000EaglePass36/±15.9背靠背美國德克薩斯州電網(wǎng)與墨西哥電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)非同步互聯(lián)2002-05美國Cross-Sound330/±15040海底電纜連接NewEngland和LongIsland兩個(gè)電網(wǎng)2002-04澳Murraylink200/±150180南部電網(wǎng)與Victoria州電網(wǎng)互聯(lián)1/31/202324動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用統(tǒng)一潮流控制器-UPFC串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償結(jié)合；1/31/202325動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器-SSSC電壓源型逆變串聯(lián)裝置；1/31/202326動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用電網(wǎng)潮流控制器（GPFC） UPFC與輕型直流輸電的結(jié)合： 控制有功無功，從而對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高電網(wǎng)輸送容量，改善穩(wěn)定性1/31/202327動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用范圍輸電系統(tǒng)補(bǔ)償：110-500kV變電站大負(fù)荷中心，傳輸線樞紐點(diǎn)用戶側(cè)無功補(bǔ)償：380-10kV配電網(wǎng)減少380V系統(tǒng)中的無功電流分量，降低線損，提高電能質(zhì)量沖擊負(fù)荷（無功負(fù)荷大、有諧波分量）鐵路牽引變電站，電弧爐，油國，軋鋼廠，鋁廠，整流負(fù)荷等（大功率交交變頻）1/31/202329動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用Slow

VARS1stGenerationMechanicallySwitchedDevicesThyristorControledComponents2ndGenerationVSCTechnology3rdGenerationFastVARS動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展1/31/202330動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用各種型式的無功補(bǔ)償器機(jī)械開關(guān)投切電容器及電抗器晶閘管投切電容器和電抗器晶閘管控制電抗器同步調(diào)相機(jī)靜止無功補(bǔ)償器－SVC新型靜止無功發(fā)生器－ASVG斷續(xù)調(diào)解連續(xù)調(diào)節(jié)1/31/202331動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用70年代以來世界電力系統(tǒng)應(yīng)用已逾180臺(tái)，我國500KV輸電系統(tǒng)運(yùn)行6臺(tái)，全為進(jìn)口。StaticVarCompensator：靜止無功補(bǔ)償器基于TCR的SVC--------上一世紀(jì)的技術(shù)1/31/202332動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用TCR的諧波1/31/202333動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用TCR中的諧波的危害必須加裝無源濾波器；諧波引起電感、電容發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣老化，電容器參數(shù)參數(shù)變化及損壞；諧波在TCR與PF間流動(dòng)增加損耗，降低效率；諧波引起電磁兼容問題－干擾周圍設(shè)備；諧波造成電磁污染、輻射－環(huán)保問題1/31/202334動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用TCR型SVC容易引起諧振TCR型SVC為阻抗型器件，其接入后改變系統(tǒng)阻抗特性，可能引起振蕩，輸電線中間接TCR型SVC可能導(dǎo)致次同步振蕩；西門子公司在南非安裝的TCR型SVC裝置曾經(jīng)就引起過諧振，后采取其它措施才解決。1/31/202335動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用TCR型SVC的其它問題TCR型SVC是阻抗型元件，無功與電壓平方成正比，電壓低時(shí)無功大大小于額定功率，電壓高時(shí)大大高于額定功率；TCR噪聲大，占地面積大晶閘管的冷卻系統(tǒng)必須帶電運(yùn)行，只能用純水（運(yùn)行維護(hù)成本高）或熱管（效率低）1/31/202336動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用我國輸電系統(tǒng)SVC的應(yīng)用進(jìn)口5地6套SVC廣東江門500KV變電站–ABB180MVarSVC，87年投運(yùn)，92年并聯(lián)電容器爆炸起火，兩臺(tái)TCR外表嚴(yán)重?zé)龤Ш显铺铷C意大利120MVarSVC，88年投運(yùn)，四次電容器組爆炸，三次諧波嚴(yán)重放大湖北鳳凰山–ABB120MVarSVC河南小劉–ABB135MVarSVC，88年引進(jìn)，7次諧波的諧振遼寧沙嶺500kV變電站-ABB90MVarSVC，87年投運(yùn)，1/31/202337動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用20MVASTATCOM構(gòu)成

1/31/202338動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用

國產(chǎn)20Mvar-STATCOM的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

突加20MVAR領(lǐng)先無功時(shí)電壓電流波形

Responsetime<30ms1/31/202339動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成采用600V/50AIGBT模塊，連接電抗10％1/31/202340動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用逆變輸出電壓及諧波分析（150Hz調(diào)制）輸出電壓波形

輸出電壓諧波THD=4.4％1/31/202341動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)出無功電流STATCOM的優(yōu)越性

電壓

1.0

0.2

STATCOMSVC先進(jìn)靜止無功發(fā)生器是防止電壓崩潰有效手段特性好，動(dòng)作快，占地少。吸收無功電流1/31/202342動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用ALSTOM75MVA鏈?zhǔn)絊TATCOM1/31/202343動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用ALSTOM75MVA鏈?zhǔn)絊TATCOM1/31/202344動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用一般化和多功能的FACTS控制裝置（1）用于綜合功率傳輸控制和管理的一般化IPFC方案1/31/202345動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用兩電壓型變流器組成的多功能補(bǔ)償器一般化和多功能的FACTS控制裝置（2）1/31/202346動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用基于IPFC概念的多線傳輸系統(tǒng)綜合有功、無功潮流控制裝置一般化和多功能的FACTS控制裝置（3）1/31/202347動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用VSC的優(yōu)越性無諧波，不會(huì)造成諧振采用高頻開關(guān)器件，響應(yīng)速度更快輸出電流基本不受系統(tǒng)電壓影響短期（60秒）過載20％以上運(yùn)行電磁噪聲小，EMC性能更好占地面積小（集裝箱模塊）功耗小，運(yùn)行效率更高冷卻系統(tǒng)可使用普通水+冷凍液（同汽車）配置靈活，多模塊直流背靠背連接可形成多種功能的裝置。1/31/202348動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用TCR和VSC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方案比較動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)方案舉例0—60MVAR連續(xù)可調(diào)動(dòng)態(tài)容性無功補(bǔ)償設(shè)TSC+FC的單價(jià)為60元/KVAR（國產(chǎn)器件）和100元/KVAR（進(jìn)口器件）設(shè)TCR的單價(jià)為200元/KVAR（國產(chǎn)器件）和300元/KVAR（進(jìn)口器件）設(shè)VSC模塊的單價(jià)為500元/KVAR1/31/202350動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用TCR60MVAR：1200萬---1800萬FC60MVAR：360萬---600萬總計(jì)：1560萬---2400萬60MVAR基于TCR的SVC方案一TCRFCQ1/31/202351動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用