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1、动态无功补偿技术及其应用,童陆园 教授 清华大学柔性输配电系统研究所 所长 清华四方电力系统稳控联合研究所 副所长,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第2页,内容,1.电力系统动态无功补偿 2.大功率电力电子 与VSC技术 3.动态无功补偿技术 4. TCR和VSC 动态无功补偿方案比较,电力系统动态无功补偿,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第4页,动态无功补偿的共识,有功可以远距离输送，无功只能就近平衡！ 瞬间大的有功动态不平衡会造成频率崩溃，大的无功动态不平衡会造成电压崩溃； 在受电侧不仅需要电厂，还需要足够的电压支撑！ 主要负荷点电压如果低到7080%就
2、可能发生电压崩溃！ 电厂接入点电压如低于一定水平将自动停机！尤其是核电站要求很苛刻；,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第5页,动态无功补偿的意义,调节长距离传输线路电压，以提高线路功率传输能力 抑制电网电压波动 提高输电系统暂态稳定性 提高受电系统的电压稳定性 抑制功率振荡,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第6页,。严重故障 故障冲击造成低电压 潮流大量转移 HVDC双级闭锁及相关事故 受端主力机组失磁 负荷突增 一般由空调负荷迅速大量增加造成 区外输电比例越来越大不仅使负荷中心有功热备用减少也使得动态无功支撑日益不足 阻抗型无功补偿装置（并联电容补偿装置、
3、滤波器、SVC等）无功随电压平方倍变化 恒定功率负荷增多 调相机逐渐退出 功角稳定问题与电压稳定问题常常互为诱因,暂态电压崩溃？,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第7页,正常运行：动态无功平衡-高供电质量、稳定裕度 故障冲击：动态无功控制-动态稳定 枢纽点电压迅速下降,无功平衡突然破坏-能迅速动态平衡； -既要能维持暂态功角稳定也要能维持暂态电压稳定, 功角稳定和电压稳定事故常是伴生的； -关键是在重要枢纽点要有足够的能快速反应的动态 电压或无功支撑！,对动态无功补偿的要求,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第8页,随着华北华中联网工程的实施，东北、华北、华中
4、、川渝电网将实现交流互联，形成一个北自伊敏、南至二滩，地跨14个省、市、自治区，装机容量超过1.4亿千瓦，南北距离超过4600公里的超大规模同步交流系统。由于互联电网中各区域电网500千伏主网架结构尚不十分健全，区域电网间仅通过单回500千伏线路弱联系，加之处于互联电网两侧末端的伊敏电厂、二滩电厂均为远距离、大容量送电，因此，整个互联电网的稳定问题比较突出。,全国联网对动态稳定的影响,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第9页,2003年全国联网示意图,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第10页,2005年全国联网示意图,2019年10月18日,动态无功补偿技术及
5、其应用,第11页,互联电网特性的主要变化,联网后局部故障影响范围扩大 一些重要输电断面的暂态稳定水平发生变化 动态稳定问题趋于严重，成为影响电网稳定的一个主要因素 电压稳定问题更为突出 频率稳定性得到改善 影响电网安全稳定水平的因素多元化,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第12页,联网后局部故障影响范围扩大,随着互联电网规模的扩大，在事故扰动过程中影响和波及的范围也将扩大，局部电网的故障将可能波及邻近电网，在某些情况下可能诱发恶性连锁反应。例如东北电网内部部分线路三永故障，可能造成万县变母线电压大幅跌落，引起川渝机组相对其他机组失步，三万线低压解列装置动作解列。,2019年1
6、0月18日,动态无功补偿技术及其应用,第13页,电压稳定问题更为突出,华北华中电网互联后，导致系统电压稳定问题更为突出，主要原因：一是由于弱阻尼或负阻尼区域振荡模式的存在，容易发生电压和功率的较大幅度波动。二是互联电网的在事故过程中容易发生潮流的大范围转移，使得一些重潮流区域的电压快速下降或崩溃。,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第14页,频率稳定性得到改善,互联后电网规模扩大，使全系统的频率稳定性得到改善，系统抵御大机组掉闸等冲击的能力增强，川渝电网大机小网问题通过联网得到较好缓解。但当互联系统交换功率较大时，如果联络线因故障跳开，需要采取措施保证送、受端系统的频率稳定性。
7、,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第15页,影响电网安全稳定水平的因素多元化,大型互联电网中，电网内一个断面潮流的增加，可能造成整个电网动态品质的恶化。区域电网内部的安全稳定控制可能与相邻电网的某些运行条件及因素有较强的相关性。由此增加了电网运行安全控制的复杂程度。,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第16页,未来大中心负荷区受电系统设想,远距发端,负荷 中心,动补,远距发端,远距发端,动补,串补,动补,远郊电厂,远郊电厂,环形强 受电网,低频低压减载,接在系统振荡中心附近， 提高送电极限,接在覆盖大量电动 机负荷的较低的电压侧,DVR APF 储能 分布 电
8、源,实行分时 分质电价,大功率电力电子与VSC技术,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第18页,大功率电力电子应用的共同核心技术,高电压大容量变流技术和装置 主电路及控制系统技术 电磁兼容性（EMC）和抗干扰技术 故障诊断、保护和预警技术 仿真、测试与试验技术 新型高电压大容量电力电子元件及其应用技术 新型高电压大容量门极可关断器件（IGBT、IGCT等） 大容量器件的串并联技术 生产与制造,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第19页,电力电子装置：核心技术是大功率变流器，VSC（Voltage Source Convoter）,大功率变流器技术也是其他FACT
9、S/HVDC及变频等大功率电力电子应用的核心技术 STATCOM可直接转成SSSC，UPFC，轻型直流等 核心技术可应用于SVC/TCSC/HVDC/高压变频等,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第20页,中点箝位三电平三相桥电压型逆变器,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第21页,H桥串联电压型逆变器,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第22页,基于VSC的轻型直流输电技术,轻型直流输电技术不是传统高压直流输电的换代技术，应用领域不同 轻型直流输电技术的应用范围： 向偏远地区供电、海上供电 城市配电网增容改造 清洁能源发电 不同额定频率或相同额
10、定频率的交流系统间的非同步运行 直流环网供电 提高配电网电能质量,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第23页,基于VSC的轻型直流输电技术,轻型直流输电的基础技术是采用IGBT/IGCT构成的电压源逆变器,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第24页,国外轻型直流输电的主要工程,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第25页,统一潮流控制器-UPFC,串联补偿和并联补偿结合；,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第26页,静止同步串联补偿器-SSSC,电压源型逆变串联装置；,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第27页,电网
11、潮流控制器（GPFC）,UPFC与轻型直流输电的结合： 控制有功无功，从而对电压进行调节，提高电网输送容量，改善稳定性,动态无功补偿技术,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第29页,动态无功补偿的应用范围,输电系统补偿：110-500kV变电站 大负荷中心，传输线枢纽点 用户侧无功补偿：380-10kV配电网 减少380V系统中的无功电流分量，降低线损，提高电能质量 冲击负荷（无功负荷大、有谐波分量） 铁路牵引变电站，电弧炉，油国，轧钢厂，铝厂，整流负荷等（大功率交交变频）,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第30页,动态无功补偿的发展,2019年10月18日,
12、动态无功补偿技术及其应用,第31页,各种型式的无功补偿器,机械开关投切电容器及电抗器 晶闸管投切电容器和电抗器 晶闸管控制电抗器 同步调相机 静止无功补偿器SVC 新型静止无功发生器ASVG,断续调解,连 续 调 节,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第32页,70年代以来 世界电力系 统应用已逾 180台，我 国500KV 输电系统运 行6台， 全为进口。,Static Var Compensator：静止无功补偿器,基于TCR的SVC - 上一世纪的技术,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第33页,TCR的谐波,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应
13、用,第34页,TCR中的谐波的危害,必须加装无源滤波器； 谐波引起电感、电容发热，导致绝缘老化，电容器参数参数变化及损坏； 谐波在TCR与PF间流动增加损耗，降低效率； 谐波引起电磁兼容问题干扰周围设备； 谐波造成电磁污染、辐射环保问题,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第35页,TCR型SVC容易引起谐振,TCR型SVC为阻抗型器件，其接入后改变系统阻抗特性，可能引起振荡，输电线中间接TCR型SVC可能导致次同步振荡； 西门子公司在南非安装的TCR型SVC装置曾经就引起过谐振，后采取其它措施才解决。,2019年10月18日,动态无功补偿技术及其应用,第36页,TCR型SVC的其它问题,TCR型SVC是阻抗型元件，无功与电压平方成正比，电压低时无功大大小于额定功率，电压高时大大高于额定功
