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1、,内容提要 1 并联型补偿装置特点及类型 2 SVC和SVG介绍 3 串联型补偿装置特点及类型 4 TCSC和SSSC介绍 5 定制电力技术,1,CH7 典型的FACTS装置,并联补偿装置的特点,2,（1）并联补偿只需要电力系统提供一个节点，并联补偿的另一端为大地或悬空的中性点，因此并联补偿装置可以容易的接入电力系统。,（2）并联补偿不会改变电力系统的结构，接入方式简单。并联补偿可以在系统正常运行时接入系统，通过调节并联补偿，可以将并联补偿接入造成的影响尽量减到最小，许多情况下可以做到无冲击投入运行和无冲击退出运行。例如：并网（电压大小、频率与相位相同）,并联补偿装置的特点,3,（4）由于电力
2、系统本身具有较大的短路容量，并联补偿装置与所接入点的短路容量相比通常较小，因此并联补偿对节点电压的控制能力通常较弱，它主要通过注入或吸收电流改变系统中电流的分布。因此，并联补偿适合于补偿电流，对于电压的补偿能力相对较弱。,（3）并联补偿装置要么只改变节点导纳矩阵的对角线元素，要么可以等效为注入电力系统的电流源，因此并联补偿接入后，电力系统的复杂程度增加不多，利于分析。,并联补偿装置的特点,4,（6）并联补偿装置需要承受全部的节点电压，而其输出电流要么是由所承受的电压决定的，要么是可以控制的。因此并联补偿装置通常受系统电压的限制。,（5）由于并联补偿只能控制接入点的电流，而电流进入电力系统后如何
3、分布由系统本身确定，因此并联补偿产生补偿效果后通常可以使节点附近的区域受益，适合于电力部门采用，而串联补偿可以针对特定的用户，因而对特定用户的补偿采用串联补偿更加合适。,并联补偿装置的作用,5,并联补偿可以改变系统的导纳矩阵的对角元素或向系统中注入电流，因此通过并联补偿可以方便地向系统注入或从系统吸收有功功率及无功功率，控制电力系统的有功功率或无功功率的平衡。,并联补偿装置的作用,6,具体作用： 维持或控制节点电压 向电力系统提供或从系统中吸收有功功率 向电力系统提供或从系统中吸收无功功率 通过控制功率变化，阻尼系统振荡 改变电力系统的动态特性 提供电力系统的静态稳定性 快速可控的并联补偿可以
4、提高电力系统的暂态稳定性 改变系统的阻抗特性,并联补偿装置的分类,7,（1）阻抗控制型并联补偿装置，即按照并联补偿装置器件不同可以分为机械投切阻抗型装置，如传统的断路器投切电抗器、电容器等；晶闸管投切或控制的阻抗型装置，如SVC。,（2）电流控制型并联补偿装置，即基于变流器的可控型有源补偿装置，如STATCOM，APF等。,8,（3）能量控制型并联补偿装置，即补偿装置配有储能系统，可输出功率的性质分为有功功率与无功功率。如抽水蓄能电站、并联超导储能系统、电池储能系统、飞轮储能系统等。,9,9,9,9,无功补偿发展历史,无功补偿措施的发展:,1. SVC （Static Var Compensa
5、tor） 是近年来发展起来的一种动态无功功率补偿装置。基于电力电子技术，将电抗器与电容器结合起来使用，实现无功补偿的双向、动态调节。,静止无功补偿器SVC,2. 分为晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器组（TSC）、TCR并联固定电容、TCR并联TSC等形式， 可动态地将系统电压保持在一定范围内，有利于提高系统稳定性。,3. 其功能主要有： （1）通过动态无功功率的快速调节，提高电力系统稳定性。 （2）抑制由于负荷、发电机、传输线停运以及短路等造成的系统振 荡。 （3）抑制由于线路投切等造成的系统稳态过电压，维护电压水平。 （4）通过控制无功减少线损。,波动性、冲击性负荷造成的电压波动
6、和闪变，其实质是无功功率的不平衡。因而，具有快速无功功率补偿控制功能的装置能够对电压波动和闪变起到很好的抑制作用。,静止无功补偿器SVC,（5）在诸如大容量电动机启动这样的负荷投运时，稳定母线电压。 （6）抑制电压闪变。 （7）改善由于单相大负荷造成的三相不平衡。 （8）当出现暂态稳定摇摆时，支持系统电压、维持系统同步。,4. 背景： 世界上第一台输电用的SVC是由美国GE公司制造的，主要用于电压控制。目前SVC已在全世界范围内得到广泛应用，世界上装设于超高压输电系统的SVC已接近180多台。,静止无功补偿器SVC,我国情况： 我国SVC制造情况，西安电力机械制造公司于1989年8月为湖北大冶
7、钢厂制造了我国第一台相控电抗型SVC装置并投入运行，1995年又为江苏张家港市沙钢集团公司的70t超高功率电弧炉承制了35kv直联式（TCR+FC）相控电抗器SVC装置并投运。,13,13,13,并联电容器FC或MSC,提供超前的无功 补偿容量固定,机械开关不能反复投切,分组电容器,无功补偿措施的发展:,5. 类型：,14,14,14,晶闸管投切电容器TSC,提供超前的无功 动态投切 分级调节,通过改变可控硅开放角调节等效基波电容。,TSC型SVC,无功补偿措施的发展:,15,15,15,晶闸管控制电抗器TCR 通常与固定电容器配合 电容器提供超前的无功 TCR提供滞后的无功，大小连续可调 总
8、体上既可提供超前的无功，也可提供滞后的无功 可连续动态调节。,通过改变可控硅开放角调节等效基波电抗。,TCR型SVC,无功补偿措施的发展:,16,SVC介绍,可实现无功功率的双向、连续、快速调节，其调节过程通常可在几个周波内完成,SVC的原理及应用,原理:,使用最为广泛的为 TCRFC型,17,电容器一般根据需要配置为各次滤波器，可以有效抑制系统的背景谐波以及吸收SVC产生的特征谐波,SVC的原理及应用,原理:,TCR+FC型SVC,18,电容器分为若干级，可随意投入每一级，而电抗器可以实现平滑控制，电抗器的容量可以缩小到和电容器一级一样大，这将大大减小电容器和电抗器之间的环流，损耗也随之减小
9、,SVC的原理及应用,原理:,TCR+TSC型SVC,19,晶闸管相控电抗器（TCR）的基本原理 如图所示，U为交流电压，Th1、Th2为两个反并联晶闸管，控制这两个晶闸管在一定范围内导通，则可控制电抗器流过的电流i，i和u的基本波形如以下右图所示。 为Th1和Th2的触发角，则有 i =(Um/ L)（cos-cost） i的基波电流有效值为： I1= (V/ L)（2-2+sin2a）/ Um：相电压峰值 V：相电压有效值 L：电抗器的基波电抗（） 因此，可以通过控制电抗器L串联的反并联晶闸管的触发角来控制电抗器吸收的无功功率的值。,SVC的原理及应用,原理:,静止型动态无功补偿装置(SV
10、C)( static var compensator),QV,t,Qc,t,QTCR,t,QTCR- QC,t,QV +QTCR- QC,t,只要QN（系统）=QV（负载）-QC+QTCR=恒定值（或0），功率因数就能保持恒定，电压几乎不波动。,20,21,静止型动态无功补偿器（SVC）的构成（现场平面）,21,22,静止型动态无功补偿器（SVC）的构成（动态回路）,发出控制信号及触发脉冲,改变回路导纳，从而改变感性无功,22,静止无功发生器SVG，STACOM,随着GTO、IGBT、IGCT等可自关断电力电子器件的快速发展，无功补偿设备的原理、结构及特性也在发生巨大的变化。基于可自关断器件实
11、现的静止无功发生装置（Static Var Generator，SVG，又称为Static Compensation, STATCOM），具有控制特性好、响应速度快、体积小、损耗低等优点，并已开始在工业现场中推广应用。,SVG简要介绍,SVG的国内外工程应用,24,SVG简要介绍,SVG的国内外工程应用,25,SVG简要介绍,26,SVG的应用实例,日本ShinShinano变电站,SVG简要介绍,27,英国East Claydon 变电站,System configuration,East Claydon SVC Site Layout,SVG的应用实例,SVG简要介绍,28,德国Trier
12、 Moselstahlwerk钢厂,System configuration,system installation and site layout,SVG的应用实例,29,29,29,河南20Mvar SVG,变压器多重化是电路结构,30,30,30,上海50Mvar SVG（2006）,31,50MVar SVG的单相10个链节 50MVar SVG的监控系统,上海50Mvar SVG（2006）,SVG的基本原理,32,SVG的工作原理 SVG可以等效为 一受控的电压源,根据不同的逆变器输出电压，可以得到不同相位和波形的电流。四种工作模式： （1）空载模式 （2）容性模式：向系统提供容性
13、无 功，大小可以通过Ui进行调节。 （3）感性模式：向系统提供感性无 功，大小可调。 （4）有源滤波模式：通过Ui调节，产 生补偿谐波电流所需的电流。,静止无功发生器SVG，STACOM,1. 检测回路的主要任务是确定需要补偿的无功功率对应的无功电流基准信号Iref。 2. 直流电压控制回路是用来维持电压值恒定。 3. 电容电压的控制可通过逆变器输出电压相对于系统电压相位的调整，从而改变有功功率的交换来实现。 4. 电流控制回路则与PWM一起，完成电流误差对应的逆变器开关器件的PWM控制。,静止无功发生器SVG，STACOM,SVG的基本原理,35,SVG的工作原理 SVG可以等效为一受控的电
14、流源,SVG的基本结构,SVG的常见拓扑结构 两电平方案 简单的三相桥式结构低压 IGBT串联的三相桥式结构中压、高压 多电平方案 二极管嵌位变流器 飞跨电容变流器 多重化结构,36,SVG的基本结构,37,38,IGBT串联三电平方案,38,ABB三电平方案,三电平三相桥式结构,电压范围: 10kV35kV IGBT直接串联 容量：百MVA,39,链式结构方案,39,40,变压器多重化方案,40,仿真与实验结果,系统补偿,41,SVG发出的有功、无功和直流侧电压 系统电压和SVG输出电流波形,采用恒无功功率控制时的仿真波形,仿真与实验结果,负荷补偿补偿无功,42,补偿前电压和电流,补偿后电压
15、和电流,u: 6kV/div i: 200A/div,仿真与实验结果,负荷补偿补偿无功和谐波,43,补偿前电压和电流,补偿后电压和电流,u: 6kV/div i: 200A/div,仿真与实验结果,负荷补偿补偿无功、谐波和负序,44,u: 6kV/div i: 200A/div,补偿前三相电流,补偿后三相电流,仿真与实验结果,负荷补偿补偿无功和基本负序电流,45,u: 6kV/div i: 200A/div,补偿前三相电流,补偿后三相电流,仿真与实验结果,负荷补偿补偿5次谐波,46,u: 6kV/div i: 200A/div,补偿前电源电流,SVG输出电流,补偿前电源电压,补偿后电源电压,S
16、VG工程应用,47,SVG工程应用,48,与传统的SVC相比，SVG通过可控电压源方式实现无功功率的动态补偿，其优点： （1）SVG具有更好的处理特性。SVC在系统电压较低时，表现为电容的特性，即无功随电压的降低按平方关系下降。而SVG则在低电压时，表 现为定电流特性，因而无功功率只随电压的降低按一次方关系下降。,（2）SVG采用PWM控制，具有更快的响应特性。,（3）SVG中，无功调节不是通过控制容抗或感抗的大小实现的，因而，无需直接与系统连接的电容器或电抗器，不存在系统谐振问题，且大大减小了设备体积。相同容量下，SVG体积约为SVC的1/3。,（4）由于SVG三相的出力可以各自独立地进行控制，因而可以用于三相不平衡负荷的动态补偿。这一点对SVG用于电气化铁道、电弧炉的电压波动补偿非常有利。,（5）SVG具有有源滤波器的特性，可以用于需要有源滤波的场合。,串联补偿与并联补偿的不同之处,50,（1）并联补偿只需要电力系统提供一个节点，并联补偿的另一端为大地或悬空的中性点；
