基于电力电子开关实现的新型用户端混合性无功补偿技术.pdf
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1、 十电力 电予开关实现 的新型用户端混合性无功补偿技术 黄松清,等 基于电力电子开关 实现的新型用户端混合性无功补偿技术 黄松清, 夏励 ( 安徽工业大学电气信息学院 安徽马鞍 山, 2 4 3 0 0 2 ) 摘 要:柔性交流输 电系统 ( F A C T S ) 技术的出现, 为提高电 的可控忡 与可靠性提供了更新更有效的方法, 已 经成为近年来电力系统所研究的前沿课题之 。 静 I 卜 无功补偿器 ( S v C ) 和 叮控串联补偿器 ( T C S C ) 做为F A C T S 装置L 卜 I 应用最广泛 的重要组成成员, 是提高电力系统稳定性最有效的工具。 因此, 研究S v c
2、与T C S C在电力系统中的应用具 有非常重要 的理论意义和实用价值。 本文研究Tcs C、 Sv C的特性 , 推导出它们的参数模型。 通过M at l a b软件,建立 了S V c 与T C S C 两种 F A C W S 装置的仿真模型。 T C S C为串联补偿装置, 通过连续改变其等效阻抗, 从而改变输电线路上 的串补程度; S V C为并联补偿装置 , 改善系统 的功率冈数。 通过改变晶闸管 的触发角, 对晶闸管进行控制。 关键词:T CS C ;SV C ;混合无功补偿 Abs t r a c t : T h e e me r g e n c e o f F l e x i
3、 b l e AC T r a n s mi s s i o n S y s t e ms t e c h n o l o g i e s , b e c o me s a n e w me t h o d o f i mp r o v i n g t h e c o n t r o l l a b i l i t y a n d r e l i a b i l i t y o f p o we r s y s t e m, w h i c h i s o n e o f t h e f r o n t a l s u b j e c t s o f pow e r s y s t e m i
4、 n r e c e n t y e a r s T h y r i s t o r C o n tr o l l e d S e r i e s C o mp e n s a t o r ( T C S C ) and S t a t i c V a r C o mpen sat o r ( s v c ) a r e t h e i mpor t a n t e l e me n tso f F A C T Sandu s e f u l t o o l s toi mp r o v e t h e pow er s y s t em s tab i l i ty T h e r e s
5、e a r c ho nT CS C a n d S VC to thep o we r s y s t e m h a s s i g n i fi c a n t the o reti c a l me a n i n gandp mc t i a l v a l u e Th i s p a p er s t u d i e sTCS C, S VC c h a r a c t e r i s t i C St h e nthep a r a me t e r so f t h emod e l a r ed e r i v e d S i mu l a ti o nmo d e l i
6、 sd o n ei nMa t l a band s e t u pt wok i n d s o f F ACTS d e v i c e s S VC and T CS C s i mu l i o n mo d e 1 TCS C a s t h e s e r i e s c o mp e n s a t i o n c a n s u c c e s s i v e l y c h an g e s t h e e q u i v a l e n t i mp e d a n c e t h e n c h an g ethel e v e l o f the s e r i e
7、s c o mp e n sat i o n S VC a s ap a ml l d c o mp e n s a ti o nwhic hi mp r o v i n g s y s t e m po we rf a c tor By c h an g ingt h et r i g g e fi n g a n g l e o f thet h y r i s t o rto c o n t r o l o f t h ethy r i s t o r Ke ywo r d s : TCS C : S VC ; Hy b ridrea c ti v epo we rc o mper u
8、s a t i o n 中图分类号:T M 5 6 4 8 文献标识码:8 文章编号:1 O 0 1 - 9 2 2 7 ( 2 0 1 2 ) O 1 0 1 1 4 - 0 5 1 引言 存企业内部电恻中, 供 、 配 电线路距离大都在 ( 5 6) 公 或更短 , 首 、 术 端短路时故障电流无明 区别 。 输 电 线路的主要任务是输送有功功率, 为了实现有功功率 的 传输和 电网无功功率的平衡, 般也需要输送一 定量的无 功功率。 月外 , 具有电感元件的供电设备也需要消耗无功功 率。这些无功功率如果都要由发 电机提供并经过长距离传 送是不合理的。 采用无功功率补偿后,电源输送的无功功
9、 率减少 了, 相应 的使 电力 网和变压器中的功率损耗下降。 电能质量 的静态衡 量标准之 是 电压水平 。当 电力 有能力 向负荷供给足够 的无功功率 时,负荷的 电压就能 维持在 常 的水平。如果无功容量不足 ,负荷 的端 电压就 会降低 。所 以我们要保 证电力系统的电压质量,就必须先 保证电力系统无功功率的平衡 。 无功功率从电源端经线路 和变压 器向负荷端输送, 要产生 电压损耗 ( 高压线路和变 乐器的 电压损耗主要取决于通过的无功功 率) , 无功功率 潮流的变化也会相应 的引起电压损耗的变化 。 无功电源的 不足会 引起系统电压水平的下降, 存无功 电源小足的情况 下 能存
10、较低的 电压下达到无功功率 的平衡 。 收稿 日期: 2 0 1 1 1 0 1 8 ,作者简介: 黄松清( 1 9 6 5 一 ) , 男, 江苏靖江人, 中国电机工程学 会会 员,副教授 ,硕士生导师,主要研 究方向为电力电子技术、 电能质 量控制 、高性 能运 动控制 系统 、非线性控制 等。 1 1 4 应按照就近补偿 的原则存需要无功 功率的地方补偿 无功 功率 。 进行 无功补偿 的意义:提 高变压 器 的负荷能 力; 减 少发、 供电设备的设计容量;町以改善电能质量 , 降 低线损 。 传统 的无功功率动态 补偿装置 是 同步调相机 ,它是 专 门用来产生无功功率的同步 电机 。
11、在过励磁或欠励磁的 同情况下 , 可 以分别发 出 同大小的容性或感性无功功 率 。 但是它的缺点是 由于它是旋转 电机 , 损 耗和噪声都较 大 , 运 行维护 复杂, 响应速度慢 , 在很多情况下 已绎不能 满足快速无 功功率 控制的要求 。 同步调相 机开始逐渐 被无功功 率补偿装 胃取 代 。 期的静 I 卜 无功补偿装置是饱和 电抗 器型的 。 但是它的缺点 是铁芯lT作在饱和状态 , 因而损耗和噪声都很大 , 又不能 分相调节 以补偿 负荷的 平衡 。 F A C T S技术能够非常有效的控制电 的相关参数, 它 不仅可以连续控制系统 的功率潮流,同时还 能够使系统 中 产生的振荡
12、得到十分有效的抑制 , 控制输电线路能够运行 存其 热稳定允许的 常水平之 内。 F hC T S装置有多种分类方法 , 通常可以按其 与系统的 连 接形 式来分 为 以下三 种:串联型 、 并联 型 以及 综合 型 F A C T S 装置。 十M a t l a b的仿真平台建立了仿真模型对其进行了 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 白动化与仪器仪表2 0 1 2年第 l 期 ( 总第 1 5 9期) 仿 真研究 , 为混合无功补偿 的进一步研 究打下 了基础 。 1 无功补偿的原理及方法 进 行无功 功率补 偿 的方法有很 多种 , 包括 采用 同步 电机、
13、同步调相机 、 并联 电容器 、 统 一潮流控制器和静 止 无功补偿装置等。 按照补偿方式可 以分为串联补偿和并联 补偿 及混合无功 补偿 。 本 文 的无 功补偿 利用 晶闸管代 替机械 开关 ,主要 是 冈为有 以下三个方面 的优点:晶闸管从理论上说其操作寿 命是无 限的;晶闸管开关投切的时刻可以通过 同步触发 电 路进行精确 的控制 ,减小暂态过 电压和过 电流 的发生;晶 闸管动作速度快 , 可以对 电容进行快速投切 , 进而 有效地 改善系统性 能。 1 1 串联补偿装置 串联补偿可 以减少 电压降落 , 提 高线路末端 电压 ,使 负荷点的 电压保 持在额定 范围内 。 1 1 1
14、 T C S C 的基本工作原理 串联补偿 可分 为固定 串联补偿 与 可控 串联补偿 。固 定 串联补偿只 能在补偿和不补偿这两种状态下选择运行 。 固定 串联补偿不能够迅速提高补偿度 , 固定串联补偿还会 引起发电机 的次 同步谐振 。 晶闸管控制的串联电容补偿,简称TCS C。町控 串联补 偿与 固定 串联补偿相 比, 可控 串联补偿不仅可 以提高输 电 线路 的输送容量 、增进系统稳定 , 而 且还可 以阻尼低频功 率振荡和抑制次 同步谐振 ( 通过改变输电线路的综合阻 抗 , 达到提高输 电容 量的 目的 ) 。 r C S C主要 由以下几个部分构成:旁路断路器、 电容C 、 旁路
15、电感L 、 个反并联晶闸管对 S C R 。 T C S C的工作模式分 为 以下四种:( 1 ) 旁路模式 : ( 2 ) 闭锁模式 : ( 3 ) 感性调节模 式 : ( 4 ) 容性调节模式。 r e S C单元典型结构如 图1 所示。 图1 T C S C 单元典型结构 T C S C主要是通过改变 晶闸管的触发角, 从而改变其 中电感支路上电流的大小, 所 以T C S C可 以连续地对其等 效 电抗进行 改变 , 从 而改变 该线路 上的无 功补偿程度 。 1 1 2 T C S C 的阻抗特性 在 整个线路中T C S C就是一个司 控 的电力 电J了元件 , 通过其对 晶闸管的
16、相控达到调整线路阻抗的 目的。 设r C S C 的等效 阻抗 为X , 其与 晶闸管 的触发角存在 以下的关系 X = 万 一 2 a 2 o( 7 r 一 ) 。 删 C 7 r ( c o 0 ) C r oC( c o C O o ) 4 o ) c o o c o s 2 c t x t a n ( c ( r e ) ) + ( z + 。 ) s n 2 】 ( 1 ) 式 中:O f为晶闸管触发延迟角;0 9 。为系统基波角频 率; 为T C S C的自然振荡频率。 式中系统基波角频率w 和T C S C自然振荡频率w 都是定 值, 所以T C s c 的基波阻抗x 是晶闸管触
17、发延迟角 的连续 函数。 通过改变触发延迟角就可 以改变 T C S C的基波阻抗。 1 2 并联补偿的基本概念 并联补偿 控制电压参数 , 它没有 白调节性, 不能实现 动态补偿 , 它产生 的无功 与 电压的平方成正 比。 1 2 1 静止无功补偿器的分类 S V C通常包括晶闸管控制电抗器 ( T C R) , 晶闸管投切 电容器 ( T S C) ,以及这两者的混合装置 ( T C R + T S C) , 或者晶 闸管控制电抗器与固定电容器的混合装 ( T C R + F C ) , 晶闸管 控制 电抗器与机械投切 电容器的混合装置 ( T CR + MS C) 等。 其中, T C
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