35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補償器的現(xiàn)場試驗

李彬彬

【摘要】本論文從35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補償器的分類出發(fā)，系統(tǒng)闡述了靜止同步補償器的作用。接著研究了35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補償器的控制方法。

【關(guān)鍵詞】35kV直掛鏈?zhǔn)?，靜止同步補償器，現(xiàn)場試驗

一、前言

我國電力工業(yè)發(fā)展迅速，其需求將保持持續(xù)、快速的增長態(tài)勢而且需求規(guī)模在增大，當(dāng)前對于我國電力事業(yè)發(fā)展的主要趨勢。35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補償器的現(xiàn)場應(yīng)用使得電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定高效，符合當(dāng)今社會電力工程發(fā)展趨勢。

二、35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補償器的分類

按電壓等級，可以將靜止同步補償器 分為高壓輸電網(wǎng)補償和低壓配電網(wǎng)補償。在高壓輸電網(wǎng)中靜止同步補償器需要通過變壓器連接到電網(wǎng)中。在低壓配電網(wǎng)中，通過電抗器并聯(lián)或直接并聯(lián)電網(wǎng)，即D-靜止同步補償器。D-靜止同步補償器的基本工作原理就是將橋式電路通過電抗器或直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)電路交流側(cè)輸出電壓的幅值或相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路系統(tǒng)收獲發(fā)出滿足要求的無功電流，從而實現(xiàn)動態(tài)補償無功的目的。另外可以通過脈寬調(diào)制采用特定諧波消除的方法來消除特定諧波。

三、靜止同步補償器的作用

1、電力系統(tǒng)參數(shù)快速調(diào)節(jié)對繼電保護的影響

由于靜止同步補償器可以快速調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的參數(shù)，靜止同步補償器向線路中注入新的能量，引起系統(tǒng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)快速變化。而繼電保護對電力系統(tǒng)運行狀態(tài)做出判斷的基本依據(jù)，也是電力系統(tǒng)的電壓、電流、頻率等主要參數(shù)。電力系統(tǒng)在正常和故障的暫態(tài)情況下，靜止同步補償器均會進行相應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)，這些調(diào)節(jié)可能會影響保護的動作，造成超越或者拒動。這就要求保護具有自適應(yīng)功能，來適應(yīng)快速變化的影響。中，給出國外的繼電保護系統(tǒng)中，靜止同步補償器對自適應(yīng)保護影響的理論分析和仿真。為我們提出一種思路：在線路中應(yīng)用具有自適應(yīng)能力的保護，減小系統(tǒng)參數(shù)快速調(diào)節(jié)對繼電保護的影響。另外，自適應(yīng)保護動作時間的整定、對不同保護其控制模式及經(jīng)濟性，也必須充分考慮。

2、靜止同步補償器產(chǎn)生諧波對繼電保護的影響

在實際電力系統(tǒng)中，靜止同步補償器端口電壓不對稱或含有諧波畸變是常見的。與直流輸電類似，靜止同步補償器使用大量大功率電力電子器件，在穩(wěn)態(tài)運行和動態(tài)調(diào)節(jié)過程中均會產(chǎn)生大量的諧波分量，進而注入交流系統(tǒng)。靜止同步補償器固有的電感電容支路，也會與原電力系統(tǒng)的各支路產(chǎn)生諧波分量。這些諧波分量的存在會影響繼電保護的濾波效果，也可能會影響保護的速動性。

諧波消除方法有2種：一種是另加濾波器進行濾波，另一種是改進自身電路，達到消除諧波的目的。在電力系統(tǒng)中，需要大容量的靜止同步補償器，為了增加靜止同步補償器的容量，通常采用多個基本電路進行串聯(lián)或并聯(lián)。采用多電平、多重化技術(shù)，成為濾波的一種理想選擇。表明，靜止同步補償器采用三電平電壓源逆變器，在選擇諧波消去調(diào)制方式下消除特定次數(shù)諧波有良好的運行特性。提出，一個基于標(biāo)幺化的靜止同步補償器數(shù)學(xué)模型，對分析靜止同步補償器在系統(tǒng)電壓不對稱或含有畸變時的運行性能提供了有力的工具。提出，使用平波電抗作為變換器與交流系統(tǒng)間的聯(lián)系阻抗從而減少向系統(tǒng)注入的諧波潮流在交流側(cè)并聯(lián)電容濾波器。PWM等諧波消除技術(shù)也可以非常有效的減少特定諧波成分。目前，對于諧波的完全濾除還沒有一個很好的辦法。

3、靜止同步補償器不同主電路和控制策略對繼電保護的影響

不同靜止同步補償器主電路及控制策略引起的暫態(tài)過程，可能對繼電保護產(chǎn)生影響。現(xiàn)有的大容量靜止同步補償器主要結(jié)構(gòu)有：兩電平三單相橋四重化結(jié)構(gòu)，兩電平三單相橋八重化結(jié)構(gòu)，三電平三單相橋四重化結(jié)構(gòu)，三單相橋二重化特定諧波消除控制結(jié)構(gòu)，級聯(lián)結(jié)構(gòu)等。提出，一種基于相移級聯(lián)多電平逆變器的靜止同步補償器電路，使得等效載波頻率成倍提高，能解決系統(tǒng)頻率與功率的矛盾。為了在較低開關(guān)頻率下保證輸出電流諧波畸變較小，并保持電容電壓穩(wěn)定，采用SHE-PWM脈沖調(diào)制方法。

四、35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補償器的控制方法

1、靜止同步補償器補償電流檢測方法

補償電流的檢測精度和速度在很大程度上決定了靜止同步補償器的補償性能。在不同的功率定義下，其檢測方法不同。目前，基于瞬時無功功率理論的電流檢測法，對于三相平衡系統(tǒng)的畸變電流檢測非常有效，具有很好的實時性。FBD檢測法具有明確的物理意義，計算量小，實現(xiàn)簡單，功率定義更合理，且采用基于FBD功率理論補償后，有功損耗最小。

FBD法的實質(zhì)是在實際電路里用等效電導(dǎo)代替各相負載，能量都消耗在這個等效電導(dǎo)上，利用此等效電導(dǎo)來分解電流，可以將需要補償?shù)碾娏鞣至坑嬎愠鰜怼?/p>

2、三電平靜止同步補償器平衡及不平衡情況下控制策略研究

靜止同步補償器的控制是決定其補償性能的關(guān)鍵，依據(jù)檢測出的指令電流，使靜止同步補償器的交流側(cè)輸出電流準(zhǔn)確快速地跟蹤指令電流的變化，這是靜止同步補償器控制策略的目標(biāo)。將檢測出的電流作為無功電流參考值，根據(jù)這個參考值調(diào)節(jié)靜止同步補償器真正產(chǎn)生所需的無功電流。在實際中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)靜止同步補償器的應(yīng)用場合、需要實現(xiàn)的功能以及補償目的的不同來選擇相對合適的控制策略，以滿足系統(tǒng)的功能要求。一般來說，需要首先采用電流跟蹤控制技術(shù)，實時檢測出負載電流中需要補償?shù)闹噶铍娏?，然后控制靜止同步補償器向系統(tǒng)注入大小相同、方向相反的補償電流。

靜止同步補償器系統(tǒng)不僅需要對產(chǎn)生的無功電流進行控制，使之跟蹤指令電流，發(fā)出滿足動態(tài)補償要求的無功功率。而且為了保持補償單元的正常工作，還需要保持其直流電容電壓為定值。但是，靜止同步補償器系統(tǒng)非常復(fù)雜、具有非線性，其交流輸出和直流電壓之間耦合關(guān)系比較強，當(dāng)調(diào)節(jié)交流輸出的同時必然會引起直流電容電壓的幅度變換，反之亦然。因此，需要對靜止同步補償器進行解耦控制，才可以很好的調(diào)節(jié)無功電流跟隨參考值變化。此外，由于選擇的電流間接控制方式依賴于靜止無功補償單元的脈沖觸發(fā)控制策略，脈沖觸發(fā)控制的效果會對系統(tǒng)的動態(tài)補償性能造成直接的影響。特別是針對大容量的三電平靜止同步補償器，更需要研究一種適合的脈沖調(diào)制方法。

3、結(jié)論和展望

在平衡情況下，采用PI解耦控制的三電平靜止同步補償器補償效果已經(jīng)比較理想，補償后電網(wǎng)電流的各相電壓電流相位一致，且直流側(cè)電壓比較穩(wěn)定，直流側(cè)中點電壓波動也不大。但是在不平衡情況下，補償后的三相電網(wǎng)電流仍存在不平衡，電壓電流波形存在一定的畸變，對系統(tǒng)的不平衡的改善沒有幫助。

采用基于序分解的PI解耦不平衡控制的三電平靜止同步補償器在不平衡情況下具有良好的控制效果和補償性能，補償后三相電網(wǎng)電流變?yōu)榈膶ΨQ了，電網(wǎng)電流不平衡程度得到了改善，功率因數(shù)接近于1且非常穩(wěn)定。

五、結(jié)束語

35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補償器仍是今后研究的重點，35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補償器的現(xiàn)場研究是保證補償器正常運行的關(guān)鍵，有效的無功補償對電力系統(tǒng)乃至國民經(jīng)濟有著重要的意義。

參考文獻

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