原理及控制方法.doc

蒁1、前言袈静止同步补偿器(pensator,),是目前最先进的无功补偿技术,近年来随着电力电子开关技术的进步而逐渐兴起。的原理是利用全控型大功率电力电子器件构成可控的电压源或电流源,使其输出电流超前或滞后系统电压90,从而对系统所需的无功进行动态补偿。早期有文献称之为静止无功发生器(StaticVarGenerator,SVG)。利用电力电子变流器进行无功补偿的可能性虽然早在20年前就已经为人们所认识,但限于当时电力电子器件的耐压和功率水平,无法制造出输电系统中具有实用价值的装置。直到近年来,尤其是高压大功率的门极可关断晶闸管GTO的出现,的开发和应用。是并联型FACTS设备,它同基于可控电抗器和投切电容器的传统静止无功补偿器SVC相比,性能上具有极大的优越蚇性,越来越得到广泛的重视,必将取代SVC成为新一代的无功电压控制设备。肂目前,装置,如表1-1所示。由此可见,目前为止国际上只有美、日、德、中、的应用开发技术。2006年2月28日,由上海电力公司、清华大学、许继集团公司等单位共同研制的±在上海黄渡分区西郊变电站并网试运行。袀表1-装置()薈表1-1中除最后一项外,全部采用了变压器多重化的主电路方案,主电路拓扑为图1-1。变压器多重化方式可成倍增加装置容量并降低输出谐波。然而,多重化变压器的引入带来了很多问题:首先,它的价格非常昂贵,约为成本的1/3~1/4;其次,它使装置增加了50%左右的损耗和40%左右的占地面积;第三,变压器的铁磁非线性特性给控制器设计带来了很大的困难,同时也是引发装置故障的重要原因。如果能研究一种新的电路拓***服由多重化变压器带来的诸多不便,技术的一次大的飞跃。多电平变换器技术的引入正是这个关键技术的不二选择螈图1-,它的出现是电力系统无功补偿技术的又一次革命。其具备了在容性和感性范围内双向连续调节补偿电流的能力,适应了电力系统对各种运行工况的需求,同时还具有动态响应速度快、补偿电流谐波含量小(相比SVC)的特点,彻底解决了以往的无功补偿设备所存在的缺陷。与采用第一代FACTS技术的SVC相比,具有以下优势:莀l1、的动态响应过程更快,在目前的工程应用中,的响应时间可以做到20ms以下,而SVC则通常需要40ms以上。荿2、的输出特性不受系统电压影响,当电压下降时装置输出的无功保持不变;而SVC装置补偿的无功与电压的平方成正比,当无功不足导致系统电压下降时,其所能提供的最大补偿容量也随之下降。薆3、的直流侧储能元件只对电压或电流起到支撑作用,因此所需要的电容或电抗值远小于补偿容量,大大减小了装置体积;而SVC的最大补偿容量受到器件阻抗特性的限制,因此需要配备较大的电容和电抗器,导致装置的体积与占地面积较大。薃4、输出的电压或电流几乎为正弦波形,因此产生的谐波污染较小;SVC通过控制电抗导通角的方式进行调节,流过电抗器的电流为非正弦,将产生大量的谐波注入电网,造成严重的谐波污染,在某些情况下需要与无源或有源的滤波装置配合使用。肃5、相当于一个可控电源,因此不改变系统阻抗,不会与系统发生谐振;SVC装置是电抗或电容型的,接入电力系统容易与系统阻抗产生谐振。虽然目前电力系统中应用最为广泛的无功补偿设备还是SVC,但是电力电子技术以及电力系统研究专家普遍认为,所具有的以上优势使其成为传统无功补偿设备的理想替代者,全面满足了电力系统对无功补偿的各项要求,使21世纪的电力系统运行品质更为卓越。聿2、的工作原理薇从理论上分析,的直流侧可以采用电容或者电感两种形式。因此,其基本拓扑结构分为电压源型和电流源型,分别如图2-1、2-2所示:袆图2-蒂图2-蝿实际上,装置中研究最深入、应用最广泛是电压源型逆变器结构,原因如下:莄1、电流源型逆变器的工作原理,需要采用具有对称特性的大功率开关器件,即双向电压阻断能力。而目前常用的可关断器件存在反向阻断能力差、导通损耗过大的问题;相比之下,电压源型逆变器则不会受到该限制。肄2、电流源型逆变器直流侧储能电感不具备防止器件过电压的能力,因此需要安装额外的保护电路或者增大取值裕量;相比之下,电压源型逆变器的直流电容本身具备防止功率器件过电压的能力。袂3、电流源型逆变器的直流侧储能电抗在工作中会产生比较大的损耗,给装置设计带来困难;而电压源型逆变器的储能电容损耗要小的多。电压源型逆变器具有的以上优势使其成为目前条件下更合理的选择,。的工作原理,是通过可控的大功率电力电子开关器件将直流侧电压进行逆变,从而在逆变器交流侧输出一个与电网同频的正弦电压。可以视为一个与电网同步的并且灵活控制的交流电压源,其接入系统时的等效电路如图2-3:薀图2-公共接入点(monCoupling,PCC)处系统电压,交流侧逆变输出电压,L为连接电抗器,装置输出的电流为:输出的