《FACTS串联补偿》课件.ppt
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- FACTS串联补偿 FACTS 串联 补偿 课件
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1、整理ppt1串联补偿串联补偿华北电力大学华北电力大学 谭伟璞谭伟璞整理ppt2一、概述一、概述 P300n串联补偿的基本思想是在输电线上串联接入设备,以串联补偿的基本思想是在输电线上串联接入设备,以改变线路的静态和动态特性,达到改善电网运行性能改变线路的静态和动态特性,达到改善电网运行性能的目的。的目的。n串联补偿普遍应用的是无功补偿,一般是在线路中串串联补偿普遍应用的是无功补偿,一般是在线路中串入固定电容或电感。入固定电容或电感。n随着电力电子技术的发展,可控串补技术越来越多地随着电力电子技术的发展,可控串补技术越来越多地投入实际应用,串联接入线路的电容或电感可根据运投入实际应用,串联接入线
2、路的电容或电感可根据运行需要调整补偿量。行需要调整补偿量。n电力电子技术的发展推动了基于电力电子技术的发展推动了基于DC/ACDC/AC逆变技术的串联逆变技术的串联补偿器的研究,串联补偿不仅可以补无功,还可以补补偿器的研究,串联补偿不仅可以补无功,还可以补有功,而且补偿量是可控的。有功,而且补偿量是可控的。n串补不改变线路电压等级和拓扑结构,只改变阻抗。串补不改变线路电压等级和拓扑结构,只改变阻抗。整理ppt3一、概述一、概述串联补偿与并联补偿的区别:串联补偿与并联补偿的区别:P300 1.1.并补只需系统提供一个节点,另一端为大地或悬空;并补只需系统提供一个节点,另一端为大地或悬空;串补需要
3、系统提供两个节点。串补需要系统提供两个节点。2.2.并补只改变节点导纳阵的对角线元素,或等效为注入并补只改变节点导纳阵的对角线元素,或等效为注入系统的电流源。系统的电流源。3.3.并补装置的容量相对较小,通过注入或吸收电流来调并补装置的容量相对较小,通过注入或吸收电流来调节系统电压,进而改变潮流分布。系统正常运行时,节系统电压,进而改变潮流分布。系统正常运行时,系统电压基本恒定,输送的有功功率由线路两端的电系统电压基本恒定,输送的有功功率由线路两端的电压矢量及线路阻抗决定,所以,并补的电压调节和潮压矢量及线路阻抗决定,所以,并补的电压调节和潮流控制能力较弱。流控制能力较弱。串补直接改变线路阻抗
4、或通过插入电压源来改变线路串补直接改变线路阻抗或通过插入电压源来改变线路的电压分布,从而调节电流分布,因而其电压调节和的电压分布,从而调节电流分布,因而其电压调节和潮流控制能力强。潮流控制能力强。整理ppt4一、概述一、概述串联补偿与并联补偿的区别:串联补偿与并联补偿的区别:P300 4.4.并补并补只控制接入点电流,电流进入系统后如何分布只控制接入点电流,电流进入系统后如何分布由系统本身决定,因而并补使接入点附近区域受益,由系统本身决定,因而并补使接入点附近区域受益,适合电力部门采用适合电力部门采用。串补可针对特定的用户,实现潮流控制和电压调节,串补可针对特定的用户,实现潮流控制和电压调节,
5、适合于对特定用户和特定输电线路走廊的补偿适合于对特定用户和特定输电线路走廊的补偿。5.5.并补装置要承受全部节点电压,输出电流由所承受并补装置要承受全部节点电压,输出电流由所承受电压及并补装置的等效阻抗决定。电压及并补装置的等效阻抗决定。串补装置需承受全部线路电流,其输出电压由所承串补装置需承受全部线路电流,其输出电压由所承受电流及串补装置的等效阻抗决定。受电流及串补装置的等效阻抗决定。6.6.在同电压等级及相近输送容量的电路上,所安装的在同电压等级及相近输送容量的电路上,所安装的并补装置与串补装置,设备容量差异很大。并补装置与串补装置,设备容量差异很大。整理ppt5一、概述一、概述串联补偿的
6、作用:串联补偿的作用:P302 1.1.改变系统的阻抗特性;改变系统的阻抗特性;2.2.进行潮流控制,优化潮流分布,减少网损进行潮流控制,优化潮流分布,减少网损;3.3.提高系统静态稳定性;提高系统静态稳定性;4.4.改善系统动态特性改善系统动态特性提高输送能力,增加联络线振荡阻尼提高输送能力,增加联络线振荡阻尼););5.5.提高系统传输能力;提高系统传输能力;6.6.控制节点电压,改善无功平衡条件;控制节点电压,改善无功平衡条件;7.7.阻尼系统震荡,抑制次同步振荡;阻尼系统震荡,抑制次同步振荡;8.8.快速可控串补提高系统暂态稳定性快速可控串补提高系统暂态稳定性提高电磁功率外送提高电磁功
7、率外送;9.9.短路瞬间减小短路电流。短路瞬间减小短路电流。整理ppt6一、概述一、概述串联补偿的工作原理:串联补偿的工作原理:P301 补偿度:补偿度:式式9-19-1 等效电抗:等效电抗:式式9-29-2 有功功率:有功功率:式式9-39-3 无功功率:无功功率:式式9-49-4 串联补偿所补有功、无功曲线:图串联补偿所补有功、无功曲线:图9-2 9-2 整理ppt7一、概述一、概述n串联补偿与潮流控制:串联补偿与潮流控制:P302n串联补偿提高系统电压稳定性:串联补偿提高系统电压稳定性:P303n串联补偿提高系统暂态稳定性:串联补偿提高系统暂态稳定性:P304n串联补偿提高系统振荡稳定性
8、:串联补偿提高系统振荡稳定性:P305n串联补偿抑制系统次同步振荡:串联补偿抑制系统次同步振荡:P306整理ppt8可控串联补偿可控串联补偿Thyristior Controlled Series Capacitor 整理ppt9一、可控串补概述一、可控串补概述 可控串联补偿技术是上世纪可控串联补偿技术是上世纪9090年代中期开始研年代中期开始研究应用的一种灵活交流输电技术。究应用的一种灵活交流输电技术。可控串补是在常规串联补偿技术基础上发展而可控串补是在常规串联补偿技术基础上发展而来的一种基于电力电子的新型输电技术,技术复杂、来的一种基于电力电子的新型输电技术,技术复杂、覆盖面广。覆盖面广。
9、可控串补集传统电力工业技术与新兴电力电子可控串补集传统电力工业技术与新兴电力电子技术于一体,覆盖电网设计、电力电子、高压电器、技术于一体,覆盖电网设计、电力电子、高压电器、通讯测量、变电自动化等研究领域和相关设备元件通讯测量、变电自动化等研究领域和相关设备元件制造行业。制造行业。可控串补依补偿器的具体类型,具有不同的补可控串补依补偿器的具体类型,具有不同的补偿特性。偿特性。整理ppt10 1 1.控制输电线路中的输送功率可以通过调节输电线控制输电线路中的输送功率可以通过调节输电线路的阻抗来实现。具体实现方法之一就是在输电线路的阻抗来实现。具体实现方法之一就是在输电线路上直接安装串联电容器以减少
10、线路阻抗达到提高路上直接安装串联电容器以减少线路阻抗达到提高线路输送能力的目的。线路输送能力的目的。P P=V V1 1V V2 2sinsin/X/X 2 2.串联电容器的容量可以是分级定值的形式,也可串联电容器的容量可以是分级定值的形式,也可以是连续可调的形式。以是连续可调的形式。3.3.连续可调形式补偿器,为便于调节,保证输电线连续可调形式补偿器,为便于调节,保证输电线路始终通畅,串联电容器直接串联在线路里,在其路始终通畅,串联电容器直接串联在线路里,在其两端并联电抗器与电子开关的串联支路。若需调节两端并联电抗器与电子开关的串联支路。若需调节投入线路的串联补偿量,通过调节与电容器并联的投
11、入线路的串联补偿量,通过调节与电容器并联的电抗量来间接实现。电抗量来间接实现。理论上的最佳方案是基于理论上的最佳方案是基于DC/AC DC/AC 换流技术的补偿器。换流技术的补偿器。一、可控串补概述一、可控串补概述整理ppt11一、可控串补概述一、可控串补概述 4.4.串联补偿器分类串联补偿器分类 P307 a.a.固定串补:断路器投切的电容器固定串补:断路器投切的电容器或电抗器;或电抗器;b.b.静止串补:晶闸管投切或控制的静止串补:晶闸管投切或控制的电容器或电抗器。电容器或电抗器。c.c.有源串补:基于有源串补:基于DC/AC DC/AC 换流技术换流技术的补偿器。的补偿器。b b、c c
12、皆为皆为FACTSFACTS控制器。控制器。整理ppt12二、可控串补控制器二、可控串补控制器nFACTSFACTS串联补偿器以晶闸管投切串联电容器串联补偿器以晶闸管投切串联电容器(TSSCTSSC:Thyristor swithed series Thyristor swithed series capacitorcapacitor)和晶闸管控制串联电容器)和晶闸管控制串联电容器(TCSCTCSC:Thyristor controlled series Thyristor controlled series capacitorcapacitor)应用最广。)应用最广。n有学者基于有学者基于T
13、CRTCR的原理,提出可关断晶闸管的原理,提出可关断晶闸管控制串联电容器方案(控制串联电容器方案(GCSCGCSC:GTO GTO controlled series capacitorcontrolled series capacitor)。)。nTCSCTCSC最有代表性,常简称可控串补。最有代表性,常简称可控串补。P316整理ppt13 2.1 可控串补的结构图可控串补的结构图TCSC TCSC 的原理接线图的原理接线图 整理ppt142.2 可控串补的功能可控串补的功能nTCSC由于可通过改变晶闸管的触发导通角来连续由于可通过改变晶闸管的触发导通角来连续地调节串联补偿量,即连续改变串联
14、在线路中的地调节串联补偿量,即连续改变串联在线路中的容抗的大小,甚至可变容抗为感抗,因而为控制容抗的大小,甚至可变容抗为感抗,因而为控制线路中的潮流提供了一种极好的手段。线路中的潮流提供了一种极好的手段。n大量的研究结果表明,大量的研究结果表明,TCSC不仅可改善系统的特不仅可改善系统的特性,控制输电线路中的潮流,提高线路的输送功性,控制输电线路中的潮流,提高线路的输送功率,还可抑制次同步振荡,阻尼功率振荡为系统率,还可抑制次同步振荡,阻尼功率振荡为系统提供电压支持以提高系统的稳定性提供电压支持以提高系统的稳定性。nTCSC的功能可概括为六个方面的功能可概括为六个方面:整理ppt15 2.2
15、可控串补的功能可控串补的功能1 1、可以连续调节等值串联电容的容抗,进行潮流控制。、可以连续调节等值串联电容的容抗,进行潮流控制。2 2、可提高输电线的输电容量或提高互连电网的传输能量。、可提高输电线的输电容量或提高互连电网的传输能量。3 3、可缓解系统中某个支路的过负荷问题,可控串补比普通串、可缓解系统中某个支路的过负荷问题,可控串补比普通串补更能适应多种系统情况。补更能适应多种系统情况。4 4、可以阻尼由于系统阻尼不足或由于系统扰动引起的低频功、可以阻尼由于系统阻尼不足或由于系统扰动引起的低频功率振荡率振荡,提高动态稳定性。提高动态稳定性。5 5、可提高电力系统的暂态稳定性。在系统受到大的
16、扰动时、可提高电力系统的暂态稳定性。在系统受到大的扰动时,可迅速调整晶闸管的触发角可迅速调整晶闸管的触发角,改变串联电容的补偿度。改变串联电容的补偿度。6 6、可抑制次同步振荡。一种方法是在发生次同步振荡时、可抑制次同步振荡。一种方法是在发生次同步振荡时,迅迅速调整串联电容至最小值速调整串联电容至最小值,对于次同步频率对于次同步频率,TCSCTCSC呈感抗呈感抗,这样便会对这样便会对SSRSSR起很强的阻尼作用。另一种方法是采集当起很强的阻尼作用。另一种方法是采集当地的电流、电压地的电流、电压,用矢量合成的方法获得远方发电机的转用矢量合成的方法获得远方发电机的转速相位速相位,经过处理后用作对发
17、电机轴振动的阻尼。经过处理后用作对发电机轴振动的阻尼。整理ppt16n 当当IcIL,即,即XcXl时,线时,线路电流与电容电流同相位,电路电流与电容电流同相位,电容电压滞后线路电流容电压滞后线路电流9090,并,并联阻抗呈容性,相量图如图。联阻抗呈容性,相量图如图。n 电容电流由两部分组成,电容电流由两部分组成,一是线路电流,一是电抗支路一是线路电流,一是电抗支路电流。因此电容两端的电压,电流。因此电容两端的电压,比只有线路电流流过电容时的比只有线路电流流过电容时的电压高。电抗器支路电流越大,电压高。电抗器支路电流越大,电容电压也越高,即并联后的电容电压也越高,即并联后的等效容抗变大。等效容
18、抗变大。2.2 可控串补的功能可控串补的功能整理ppt17n当当IcXl时,线路电流与时,线路电流与电抗器电流同相位,电容电压超电抗器电流同相位,电容电压超前线路电流前线路电流9090,并联阻抗呈感,并联阻抗呈感性,相量图如图。性,相量图如图。n如果在电抗支路中串联晶闸管开如果在电抗支路中串联晶闸管开关,对电抗进行相控,当改变晶关,对电抗进行相控,当改变晶闸管的触发角时,就可改变支路闸管的触发角时,就可改变支路电抗的电流,即改变并联阻抗的电抗的电流,即改变并联阻抗的大小与性质。因此只要对晶闸管大小与性质。因此只要对晶闸管导通角进行精确控制,就可以对导通角进行精确控制,就可以对TCSCTCSC的
19、等值电抗快速、连续、平的等值电抗快速、连续、平滑地调节,从而为系统提供可控滑地调节,从而为系统提供可控串联补偿。串联补偿。2.2 可控串补的功能可控串补的功能整理ppt18 2.3 可控串补的基频阻抗可控串补的基频阻抗 由电抗器和电容器组成的并联回路,其等效阻由电抗器和电容器组成的并联回路,其等效阻抗取决于两者的关系。抗取决于两者的关系。当电容器容抗小于电抗器感抗时,其等值阻抗当电容器容抗小于电抗器感抗时,其等值阻抗呈容性,且等效容抗值不低于电容器实际容抗。呈容性,且等效容抗值不低于电容器实际容抗。当电容器容抗大于电抗器感抗时,其等值阻抗当电容器容抗大于电抗器感抗时,其等值阻抗呈感性,且等效电
20、抗值不低于电抗器实际感抗。呈感性,且等效电抗值不低于电抗器实际感抗。当电容器容抗等于电抗器感抗时,系统构成并当电容器容抗等于电抗器感抗时,系统构成并联谐振回路。联谐振回路。整理ppt19 2.3 可控串补的基频阻抗可控串补的基频阻抗 基频阻抗的表达式:基频阻抗的表达式:式中:式中:为工频角频率。为工频角频率。为电容器和电抗器环路的谐振角频率。为电容器和电抗器环路的谐振角频率。可参见可参见P317 P322各公式。各公式。)tantan()1(cos4)1()2sin2(1222222KKKCKKCKCXTCSC0KLC10整理ppt20 2.4 可控串补的控制原理可控串补的控制原理 可控串补的
21、控制原可控串补的控制原理是根据各种控制目的理是根据各种控制目的(系统稳定控制、恒功系统稳定控制、恒功率控制、恒阻抗控制率控制、恒阻抗控制等等),得出要求串补输,得出要求串补输出的基波阻抗值,再根出的基波阻抗值,再根据图中所示的曲线得到据图中所示的曲线得到与该阻抗值对应的触发与该阻抗值对应的触发角。角。整理ppt21 2.4 可控串补的控制原理可控串补的控制原理 TCSC晶闸管触发延迟角的控制范围是晶闸管触发延迟角的控制范围是90到到180,在该范围内,在该范围内,TCSC的稳态阻抗特性分为容的稳态阻抗特性分为容性运行区和感性运行区。在感性运行区和容性运行性运行区和感性运行区。在感性运行区和容性
22、运行区之间的转换过程中,要经过一个谐振点。与谐振区之间的转换过程中,要经过一个谐振点。与谐振点对应的控制触发延迟角点对应的控制触发延迟角acri的大小由电容和电感的的大小由电容和电感的参数决定。参数决定。当晶闸管触发延迟角位于区间当晶闸管触发延迟角位于区间(acri,180内时,内时,TCSC呈现容性等效电抗运行特性。触发延迟角为呈现容性等效电抗运行特性。触发延迟角为180时对应于晶闸管全关断运行模式,对应的等时对应于晶闸管全关断运行模式,对应的等效容抗数值最小,即电容器标称容抗效容抗数值最小,即电容器标称容抗XC,标幺值为,标幺值为1.0p.u.。整理ppt22 2.4 可控串补的控制原理可
23、控串补的控制原理从从180逐渐减小触发延迟角逐渐减小触发延迟角(增大触发越前角增大触发越前角),TCSC等效容抗逐渐增大,对应于容性微调运行等效容抗逐渐增大,对应于容性微调运行模式。模式。当晶闸管触发延迟角位于区间当晶闸管触发延迟角位于区间90,acri)内时,内时,TCSC呈现感性等效电抗运行特性。触发延迟角呈现感性等效电抗运行特性。触发延迟角为为90时等效感抗数值最小,对应晶闸管旁路运时等效感抗数值最小,对应晶闸管旁路运行模式,等效感抗在数值上等于电容电抗和电感行模式,等效感抗在数值上等于电容电抗和电感电抗并联,一般远小于电抗并联,一般远小于1.0p.u.。从从90开始逐渐增大触发延迟角,
24、在达到谐振角开始逐渐增大触发延迟角,在达到谐振角acri之前,之前,TCSC等效感抗逐渐增大,对应于感性等效感抗逐渐增大,对应于感性微调运行模式。微调运行模式。整理ppt232.5 可控串补的两种工作方案可控串补的两种工作方案 1 1、晶闸管开关或关或闭,电抗器或并入或切除,实现、晶闸管开关或关或闭,电抗器或并入或切除,实现两点控制,比较简单,不会发生电容和电感并联工频两点控制,比较简单,不会发生电容和电感并联工频谐振,即分阶控制方式。谐振,即分阶控制方式。2 2、连续调节晶闸管的导通角,可连续改变串联电容电、连续调节晶闸管的导通角,可连续改变串联电容电抗组的电抗。这种可控串补也称先进串补抗组
25、的电抗。这种可控串补也称先进串补(ASC),目前世界各国研究的重点是这种目前世界各国研究的重点是这种TCSC串补。串补。在接线形式上两种串补并无差别,因此可以选择两在接线形式上两种串补并无差别,因此可以选择两种形式中的一种作为运行方式。种形式中的一种作为运行方式。研究研究(ASC)型型可控串补,应用的是静止补偿器可控串补,应用的是静止补偿器(SVC)中的固定电容器中的固定电容器(FC)和晶闸管控电抗器和晶闸管控电抗器(TCR)的熟悉技术特性。的熟悉技术特性。TCSC与与SVC的主要差别在电源类型方面,的主要差别在电源类型方面,SVC是是电压源型,电压源型,TCSC是是电流源型。电流源型。3 3
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