04-并联补偿与静止无功补偿器

• 同步调相机
双向和平滑地调节无功功率； 双向和平滑地调节无功功率； 建设投资大，运行维护复杂，响应速度较慢。 建设投资大，运行维护复杂，响应速度较慢。
2011-4-13 20
电力系统并联补偿的历史与现状
• 1964年，德国，世界上最早用于取代同步调 年 德国， 相机的静止并联无功补偿设备。 相机的静止并联无功补偿设备。 • 20世纪 年代，出现了一系列晶闸管投切 控 世纪70年代 世纪 年代，出现了一系列晶闸管投切/控 制的并联补偿设备， 制的并联补偿设备，TSC、TSR和TCR等。 、 和 等 • 20世纪 年代中期，基于晶闸管的 世纪70年代中期 世纪 年代中期，基于晶闸管的SVC开始 开始 在电力系统投入商业运行， 在电力系统投入商业运行，到2004年，SVC 年 工程有上千个，总容量达到100Gvar。 工程有上千个，总容量达到 。 • 1980年，日本，三菱公司，世界上第一台基 年 日本，三菱公司， 于变换器的静止同步补偿设备STATCOM。 于变换器的静止同步补偿设备 。
& ′ E′ X d
X T1
XL
XL
X T2
& U
故障发生前， 故障发生前，正常运行
E ′U PI = sin δ XI
2011-4-13
XL ′ X I = X d + X T1 + + X T2 2
12
并联补偿的作用
• 并联补偿提高系统暂态稳定性
故障期间
G T1 L T2 U
E ′U PII = sin δ X II
E ′U PIII = sin δ X III
& ′ E′ X d
X T1
XL
X T2
& U
′ X III = X d + X T1 + X L + X T2
2011-4-13 14
并联补偿的作用
• 并联补偿提高系统暂态稳定性
S加速＝∫
S减速＝∫
δc δ0
( P0 − PII )dδ
( PIII − P0 )d δ
2011-4-13 22
并联补偿器的种类
• 按照所使用的开关器件及其主电路结构分
2011-4-13 18
并联补偿的作用
• 电力系统谐波的并联补偿
谐波问题大多是由用户负荷的非线性造成的 开关电源、电弧炼钢炉、荧光灯负荷、 （开关电源、电弧炼钢炉、荧光灯负荷、静止 变频器、变流器等），系统投切空载变压器时， ），系统投切空载变压器时 变频器、变流器等），系统投切空载变压器时， 涌流流入系统也会产生谐波。 涌流流入系统也会产生谐波。 谐波（基波整数倍频率）、次谐波（ ）、次谐波 谐波（基波整数倍频率）、次谐波（低于基波 频率）和间谐波（基波非整数倍频率） 频率）和间谐波（基波非整数倍频率） 。 针对非线性负荷集中的节点， 针对非线性负荷集中的节点，采用就地并联谐 波补偿措施。 波补偿措施。电力系统谐波并联补偿装置有无 源滤波器、有源滤波器和混合滤波器。 源滤波器、有源滤波器和混合滤波器。
4
2011-4-13
并联补偿的作用
• 输电网：改善潮流可控性、提高系统稳定 输电网：改善潮流可控性、 性和传输能力。 性和传输能力。 • 配电网 ：提高负荷电能质量和减小负荷对 配电网*： 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）。 • 布置方式：受电端（负荷侧），长传输线 布置方式：受电端（负荷侧）， ），长传输线 中间增加变电站（即线路分段）， ），并布置 中间增加变电站（即线路分段），并布置 并联补偿设备。 并联补偿设备。
线路功率 U2 δ sin Ps = Pr = 2 X /2
U2 δ Qs = −Qr = 1 − cos 2 X /2
& Um
& Us
& Ur
Pc = 0
2011-4-13
并联补偿装置通过提供快 并联补偿装置提供的功率 速和大量的无功功率，以
4U 2 δ Qc = 1 − cos X 2
2011-4-13 19
电力系统并联补偿的历史与现状
• 机械投切式并联补偿装置
负荷侧：机械投切式电容器、电抗器， 负荷侧：机械投切式电容器、电抗器，改善系 统的电压水平和负荷的功率因数； 统的电压水平和负荷的功率因数； 发电机侧：采用机械投切的制动电阻， 发电机侧：采用机械投切的制动电阻，输电线 发生故障时，投入电阻吸收有功功率， 发生故障时，投入电阻吸收有功功率，维持机 组的功率平衡，提高系统的暂态稳定性； 组的功率平衡，提高系统的暂态稳定性； 给系统带来冲击，补偿性能有限。 给系统带来冲击，补偿性能有限。
δh
δf
δc
S减速max＝∫
δc
( PIII − P0 )dδ
S减速max ≥ S加速
2011-4-13 15
并联补偿的作用
• 并联补偿提高系统暂态稳定性
发生故障后迅速降低发电机原动机功率。 发生故障后迅速降低发电机原动机功率。 迅速切除故障， 迅速切除故障，减小 δ c 。 使故障期间或者故障后功角曲线尽量高。 使故障期间或者故障后功角曲线尽量高。
2011-4-13
& ′ E′ X d
X T1
XL
X T2
& U
17
并联补偿的作用
• 负荷的三相不平衡补偿
三相不平衡负荷补偿的目的是通过在负荷节点 处并联无功补偿设备， 处并联无功补偿设备，使三相系统的线电流平 更进一步要求三相线电流为纯有功电流。 衡，更进一步要求三相线电流为纯有功电流。 如果系统三相电压完全对称， 如果系统三相电压完全对称，对于任意的三相 不接地负载，可通过并联无功功率补偿， 不接地负载，可通过并联无功功率补偿，使系 统侧三相线电流完全平衡， 统侧三相线电流完全平衡，且该电流为纯有功 电流。 电流。 如果三相不平衡负荷为动态负荷， 如果三相不平衡负荷为动态负荷，可以实时测 量相间瞬时有功功率和无功功率， 量相间瞬时有功功率和无功功率，计算出该时 刻应该补偿的无功功率。 刻应该补偿的无功功率。
维持分段处的母线电压， 从而使两系统间的传输容 δ /2 量大大增加，最大值可增 δ 加1倍。
7
并联补偿的作用
• 输电线路分段和中点并联补偿
最佳补偿位置是传输线路的电气中点， 最佳补偿位置是传输线路的电气中点，因为补偿 前电压幅值在该处降落最大。 前电压幅值在该处降落最大。 上述线路的二等分和中点补偿原理， 上述线路的二等分和中点补偿原理，可以推广到 线路多等分和多并联补偿情形。理论上， 线路多等分和多并联补偿情形。理论上，如果对 线路进行n等分和 个理想并联补偿，则每一 线路进行 等分和n-1个理想并联补偿， 等分和 个理想并联补偿 份段传输的功率为
& ′ E′ X d
X T1
XL
X T2
& U
XL
X∆
X ′ X d + X T1 L + X T2 X 2 ′ + X T1 + L + X T2 + XI = Xd 13 2 X∆
(
)
2011-4-13
并联补偿的作用
• 并联补偿提高系统暂态稳定性
故障切除后
G T1 L T2 U
9
并联补偿的作用
• 并联补偿提高系统电压稳定性
2 XZ L cos ϕ PL = 2 P X + Z 2 L + 2 XZ L sin ϕ L max U ZL = E X 2 + Z 2 L + 2 XZ L sin ϕ
负荷的功率因数越低， 负荷的功率因数越低，系统能传输的最大有功功率 越小；负荷功率因数为超前，且超前越多， 越小；负荷功率因数为超前，且超前越多，系统能传 输的最大有功功率越大，临界点对应的有功功率和负 输的最大有功功率越大， 荷电压也越高。 荷电压也越高。 2011-4-13 10
曲正伟
并联补偿的特点
• 只需要电网提供一个接入点，另一端为大地 只需要电网提供一个接入点， 一个接入点 或悬空的中性点。 或悬空的中性点。 • 接入方式简单，不会改变电力系统的主要结 接入方式简单， 通过调节并联补偿输出， 构；通过调节并联补偿输出，可以在系统正 常运行时接入，甚至做到无冲击投入和退出。 常运行时接入，甚至做到无冲击投入和退出。 • 并联补偿设备要么只改变节点导纳矩阵对角 线元素，要么可等效为电流源，便于分析。 线元素，要么可等效为电流源，便于分析。
2011-4-13
2
并联补偿的特点
• 并联补偿对节点电压的补偿或控制能力较弱， 并联补偿对节点电压的补偿或控制能力较弱， 适合于补偿电流。 适合于补偿电流。 • 并联补偿通常能使节点附近的一定区域均受 适合于电力部门采用； 益，适合于电力部门采用；串联补偿更适用 于特定用户的补偿。 于特定用户的补偿。 • 并联补偿设备需要承受全部的节点电压，其 并联补偿设备需要承受全部的节点电压， 输出电流要么是由接入点电压决定， 输出电流要么是由接入点电压决定，要么是 可控的，因此，并联补偿设备的输出通常受 可控的，因此，并联补偿设备的输出通常受 系统电压的限制。 系统电压的限制。
2011-4-13
5
并联补偿的作用
• 输电线路分段和中点并联补偿
U s ∠δ s
U sU r P= sin δ X
X
& Us
U r ∠δ r
j
Us = Um = Ur = U & & X / 2 I sm I mr X /2
& Ur
j 系统2
系统1
P=0
2011-4-13
6
并联补偿的作用
• 输电线路分段和中点并联补偿
并联补偿的作用