±200 Mvar靜止同步補(bǔ)償器的電網(wǎng)電壓控制策略

劉錦寧，劉 洋，何偉斌

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000）

0 引言

靜止同步補(bǔ)償器STATCOM（STATic synchronous COMpensator）是由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置，也是迄今為止性能最優(yōu)越的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備［1-5］。與常用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）相比，STATCOM響應(yīng)速度更快、自適應(yīng)能力更強(qiáng)、電壓支撐效果更好，可為我國(guó)西電東送助力［6-7］。由于技術(shù)壁壘和貿(mào)易限制，國(guó)外最大容量的工程應(yīng)用為美國(guó)Glenbrook變電站 ±150 Mvar的STATCOM，國(guó)內(nèi)在2011年之前最大容量的應(yīng)用為上海西郊變電站 ±50 Mvar的 STATCOM［8-9］。作為一種高新技術(shù)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于百兆乏級(jí)STATCOM并入電網(wǎng)后的實(shí)際動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償策略和應(yīng)用效果的介紹十分缺乏。

2011年8 月在南方電網(wǎng)500 kV東莞變電站投運(yùn)了世界上最大容量的STATCOM裝置，學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)其控制保護(hù) RTDS 試驗(yàn)［10］、系統(tǒng)級(jí)控制策略［11］、人工短路試驗(yàn)［12］、控制功能試驗(yàn)［13］等均有深入的研究。東莞站STATCOM作為我國(guó)自主研發(fā)的，產(chǎn)、學(xué)、研應(yīng)一體化的科技攻關(guān)項(xiàng)目，相關(guān)機(jī)構(gòu)在功能設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研制和試驗(yàn)測(cè)試等方面做了大量的研究［14-16］。2013年南方電網(wǎng)STATCOM一期推廣工程中又新上3個(gè)±200 Mvar的STATCOM裝置，這標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)化大容量STATCOM技術(shù)的成熟化，相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)也日趨豐富。

本文以2013年6月投運(yùn)的南方電網(wǎng)STATCOM一期推廣工程中的500 kV水鄉(xiāng)變電站（簡(jiǎn)稱(chēng)水鄉(xiāng)站）STATCOM裝置為例，結(jié)合投運(yùn)后半年的實(shí)際運(yùn)行情況，介紹STATCOM實(shí)際應(yīng)用中最常用的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓和暫態(tài)電壓控制2種定電壓控制策略，并結(jié)合STATCOM的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。文中所述均為實(shí)際工程數(shù)據(jù)，可為今后國(guó)內(nèi)外相同工程實(shí)踐提供借鑒。

1 水鄉(xiāng)站STATCOM裝置概況

水鄉(xiāng)站STATCOM裝置電壓等級(jí)為35 kV，穩(wěn)態(tài)容量為 2×（±100Mvar），暫態(tài)容量為 2×（±150 Mvar），由一臺(tái)500 kV/35 kV專(zhuān)用變壓器通過(guò)高壓開(kāi)關(guān)接至500 kV母線。STATCOM裝置共分為2組，分別通過(guò)35 kV 381、382開(kāi)關(guān)并聯(lián)在8號(hào)主變低壓側(cè)，2組STATCOM裝置采用三角形接法，每一相由2個(gè)連接電抗器和27級(jí)功率模塊串聯(lián)的閥組集裝箱組成。STATCOM一次電氣接線圖如圖1所示。

2 STATCOM控制原理

STATCOM工作時(shí)通過(guò)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成與交流側(cè)電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，當(dāng)僅考慮基波頻率時(shí)，STATCOM可以等效地被視為幅值和相位均可以控制與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。STATCOM通過(guò)電抗器連接到電網(wǎng)上，無(wú)功的性質(zhì)和大小靠調(diào)節(jié)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如圖2、圖3所示，設(shè)電網(wǎng)電壓為US，STATCOM輸出的交流電壓為UI，則連接電抗X上的電壓UL即為UI和US的相量差，而連接電抗的電流是可以由其電壓來(lái)控制的。這個(gè)電流就是STATCOM向電網(wǎng)輸出的電流I。如果未計(jì)及連接電抗器和變流器（功率模塊）的損耗，STATCOM的工作原理可以用圖3所示的單相等效電路圖來(lái)說(shuō)明。在這種情況下，只需使UI與US同相，僅改變UI幅值大小即可以控制STATCOM向電網(wǎng)輸出的電流I是超前還是滯后UI90°，并能控制該電流的大小。

圖1 水鄉(xiāng)站STATCOM裝置電氣接線圖Fig.1 Electrical wiring of STATCOM of Shuixiang Substation

圖2 STATCOM等效電路Fig.2 Equivalent circuit of STATCOM

圖3 STATCOM等效電路的相量圖Fig.3 Phasor diagram of equivalent STATCOM circuit

當(dāng)STATCOM工作在滿容量情況下，系統(tǒng)總損耗約為1.2%，其中本體損耗約為0.8%，專(zhuān)用變壓器損耗約為0.4%。輕載運(yùn)行時(shí)，STATCOM的損耗會(huì)更小。實(shí)際運(yùn)行時(shí)STATCOM交流側(cè)電壓與電流相位差非常接近90°，在控制算法中考慮了損耗，采用三相電壓分相控制和通過(guò)鎖相環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行相位補(bǔ)償，以達(dá)到實(shí)時(shí)精確控制的目的。

3 定電壓控制模式

3.1 STATCOM的控制模式識(shí)別

水鄉(xiāng)站STATCOM主要有暫態(tài)電壓控制模式、遠(yuǎn)方控制模式、穩(wěn)態(tài)調(diào)壓模式、恒無(wú)功輸出模式4種控制模式，系統(tǒng)級(jí)控制策略框圖如圖4所示。

其中穩(wěn)態(tài)調(diào)壓模式、恒無(wú)功控制模式優(yōu)先級(jí)最低，由變電站內(nèi)的監(jiān)控后臺(tái)人機(jī)界面進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，且2種模式只能選其一。遠(yuǎn)方通信下令的遠(yuǎn)方控制模式優(yōu)先級(jí)稍高，主要通過(guò)調(diào)度中心的遠(yuǎn)方后臺(tái)進(jìn)行下令，主要包括遠(yuǎn)方定值（定電壓或定無(wú)功）和遠(yuǎn)方曲線（電壓曲線或無(wú)功曲線）方式。由系統(tǒng)電壓突變引起的暫態(tài)電壓控制模式優(yōu)先級(jí)最高，其由采集到的系統(tǒng)電壓自動(dòng)運(yùn)算判別。

圖4 ±200 Mvar STATCOM的系統(tǒng)級(jí)控制策略框圖Fig.4 System-level control scheme of±200 Mvar cascaded STATCOM

優(yōu)先級(jí)越高的模式，在條件達(dá)到后成為STATCOM當(dāng)前的控制模式。

由于STATCOM裝置的主要作用是動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓控制，因此恒無(wú)功控制模式和遠(yuǎn)方控制模式僅在試驗(yàn)階段使用。正式運(yùn)行時(shí)STATCOM采用的是穩(wěn)態(tài)調(diào)壓和暫態(tài)電壓控制2種定電壓控制模式，其狀態(tài)判別邏輯如圖5所示。

圖5 定電壓控制模式識(shí)別Fig.5 Pattern recognition of constant voltage control

3.2 穩(wěn)態(tài)調(diào)壓控制

與常規(guī)的電容器、電抗器整組投切不同，STATCOM裝置正常運(yùn)行時(shí)一直處于并網(wǎng)狀態(tài)，并根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行需求，通過(guò)線性地調(diào)節(jié)輸出無(wú)功功率來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓。穩(wěn)態(tài)調(diào)壓控制是STATCOM最常用的控制模式，其適用于電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，以所接入的變電站母線電壓為控制目標(biāo)，輸出系統(tǒng)所需的無(wú)功功率。

3.2.1 穩(wěn)態(tài)調(diào)壓控制的4個(gè)基本參數(shù)

（1）目標(biāo)電壓：可選取所接入變電站500 kV母線電壓或220 kV母線電壓作為控制電壓，目標(biāo)電壓值可設(shè)定。水鄉(xiāng)站STATCOM是選500 kV母線的綜合線電壓為穩(wěn)態(tài)調(diào)壓模式下的控制電壓，目標(biāo)電壓值設(shè)為527.91 kV（標(biāo)幺值為1.0055 p.u.）。

（2）穩(wěn)態(tài)無(wú)功限幅：為保證STATCOM在電網(wǎng)暫態(tài)情況下的無(wú)功功率輸出裕度，以及和站內(nèi)電容器、電抗器的配合，穩(wěn)態(tài)調(diào)壓的可用容量設(shè)定上、下限，裝置輸出容量的容性上限略小于一組電容器容量的一半，感性上限略小于一組電抗器容量的一半。水鄉(xiāng)站內(nèi)的電容器、電抗器組容量為80 Mvar/組，因此，STATCOM 設(shè)定的無(wú)功上、下限為 2×（±20 Mvar），即為額定值的20%。

（3）電壓、電流斜率：由第2節(jié)可知，STATCOM的工作原理是適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓，來(lái)控制其交流側(cè)輸出電流。STATCOM的無(wú)功電流I與電網(wǎng)電壓和STATCOM輸出的交流電壓差成正比，即通過(guò)設(shè)計(jì)連接電抗器的電抗值可確定斜率k=dU/dI（電壓、電流均用標(biāo)幺值計(jì)算）。水鄉(xiāng)站STATCOM的電壓、電流斜率設(shè)計(jì)為0.03，對(duì)應(yīng)的連接電抗器電感值為7 mH。

（4）運(yùn)行范圍：由于暫態(tài)電壓控制模式的觸發(fā)條件是500 kV母線任意一相的電壓有效值U滿足：U<0.93 p.u.，或 U>1.07 p.u.，或 dU/dt>1.4 kV/ms（t>5 ms），且其優(yōu)先級(jí)最高。因此，如圖6所示，在三相電壓平衡且無(wú)電壓滑差的情況下，穩(wěn)態(tài)調(diào)壓模式的運(yùn)行范圍最大為 ［U9，U1］=［0.93 p.u.，1.07 p.u.］。在圖6中，橫軸I為STATCOM交流側(cè)輸出電流（即STATCOM向電網(wǎng)輸出的電流），縱軸U為電網(wǎng)電壓（即500 kV母線綜合線電壓），圖中的曲線ACGM為STATCOM交流側(cè)輸出電壓-電流曲線，曲線S1和S2為系統(tǒng)負(fù)荷曲線。

圖6 穩(wěn)態(tài)調(diào)壓模式下的STATCOM交流側(cè)電壓、電流關(guān)系Fig.6 AC-side voltage-current relationship of STATCOM in steady-state voltage regulation mode

3.2.2 穩(wěn)態(tài)調(diào)壓控制調(diào)節(jié)范圍分析

由于無(wú)功功率設(shè)定上、下限為 2×（±20 Mvar），對(duì)應(yīng)無(wú)功電流上、下限［Imin，Imax］=［-0.2 p.u.，0.2 p.u.］，由k=dU/dI=0.03，可計(jì)算出STATCOM穩(wěn)態(tài)調(diào)壓控制時(shí)因無(wú)功輸出限幅，其對(duì)電網(wǎng)電壓的實(shí)際調(diào)節(jié)范圍［U7，U3］=［U5-0.006，U5+0.006］=［0.9995 p.u.1.0115 p.u.］，對(duì)應(yīng)圖6中的CG段。即當(dāng)電網(wǎng)電壓在［524.73 kV，531.04 kV］時(shí)，STATCOM可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)發(fā)出［-40 Mvar，40 Mvar］的無(wú)功功率將系統(tǒng)電壓穩(wěn)定在目標(biāo)值U5=1.0055 p.u.=527.91 kV附近。

當(dāng)電網(wǎng)電壓在［U3，U1］或［U9，U7］范圍內(nèi)且未達(dá)到暫態(tài)電壓控制模式觸發(fā)條件時(shí)，STATCOM將保持在 -40 Mvar或40 Mvar的無(wú)功輸出限值，形成對(duì)電網(wǎng)電壓有限程度的調(diào)節(jié)，對(duì)應(yīng)圖6中的AC段和GM段。

3.2.3 STATCOM補(bǔ)償效果分析

當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷曲線為S1時(shí)，S1與縱軸的交點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的電壓U2為STATCOM退出時(shí)該負(fù)荷情況下電網(wǎng)的電壓值，S1與曲線ACGM的交點(diǎn)D對(duì)應(yīng)的電壓U4為STATCOM投入時(shí)該負(fù)荷情況下電網(wǎng)的電壓值。從圖6可知，由于電網(wǎng)電壓U2高于STATCOM穩(wěn)態(tài)定電壓控制的目標(biāo)電壓值U5，STATCOM輸出感性無(wú)功功率（對(duì)應(yīng)的無(wú)功電流I為負(fù)值），電網(wǎng)電壓在感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔孟孪陆禐閁4，系統(tǒng)達(dá)到新的平衡點(diǎn)D（電網(wǎng)電壓U=U4，STATCOM輸出無(wú)功電流 I=I1）。

當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加，負(fù)荷曲線變化為S2時(shí)，由于電網(wǎng)電壓U8低于目標(biāo)電壓值U5，STATCOM輸出容性無(wú)功功率（對(duì)應(yīng)的無(wú)功電流I為正值），電網(wǎng)電壓在容性無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔孟律仙秊閁6，系統(tǒng)達(dá)到新的平衡點(diǎn)F（電網(wǎng)電壓U=U6，STATCOM輸出無(wú)功電流I=I2）。

據(jù)此可知，電網(wǎng)電壓隨系統(tǒng)負(fù)荷的變化而變化，而STATCOM在穩(wěn)態(tài)調(diào)壓模式下按設(shè)計(jì)的電壓、電流斜率對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，可使電網(wǎng)電壓更加接近目標(biāo)值，達(dá)到電網(wǎng)電壓的實(shí)時(shí)性連續(xù)性調(diào)節(jié)，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。

3.2.4 STATCOM與站內(nèi)電容器、電抗器組的配合

穩(wěn)態(tài)調(diào)壓模式下的STATCOM由于無(wú)功限幅，其調(diào)節(jié)能力有限。要想實(shí)現(xiàn)更大電壓調(diào)節(jié)范圍，還需要與站內(nèi)的電容器、電抗器相互配合。這一配合主要有以下2個(gè)方面。

（1）電容器組和電抗器組的粗調(diào)和STATCOM的細(xì)調(diào)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓精確控制。目前水鄉(xiāng)站共有8組電容器和6組電抗器，每組的無(wú)功補(bǔ)償值為80 Mvar，通過(guò)手動(dòng)投切電容器或電抗器將電網(wǎng)電壓調(diào)至目標(biāo)值附近，再由STATCOM自動(dòng)進(jìn)行精確補(bǔ)償，可以將電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在目標(biāo)值很小偏差之內(nèi)。但由于目前水鄉(xiāng)站內(nèi)的電容器和電抗器還是手動(dòng)投切模式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)其與STATCOM的自動(dòng)聯(lián)調(diào)，需要值班員手動(dòng)操作。若電容器、電抗器自動(dòng)投切VQC系統(tǒng)投入應(yīng)用，與STATCOM搭配后的應(yīng)用效果將十分顯著，可實(shí)現(xiàn)本變電站電壓的精確化控制。

（2）根據(jù)電容器組和電抗器組的投切狀態(tài)逐步放開(kāi)STATCOM的無(wú)功功率限幅，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償效率最大化。當(dāng)系統(tǒng)電壓低于設(shè)定值而STATCOM容性輸出已達(dá)初始容性上限，同時(shí)站內(nèi)所有電容器組均處于投入狀態(tài)，則將STATCOM的容性上限逐漸上調(diào)為2組電容器的容量，如果系統(tǒng)電壓在裝置輸出再次達(dá)到容性上限并且持續(xù)一段時(shí)間后仍然不能滿足要求，則繼續(xù)放開(kāi)容性上限值，為了給系統(tǒng)留有最大無(wú)功備用，容性上限值的最大值不得超過(guò)2×100 Mvar。同理，當(dāng)系統(tǒng)電壓高于設(shè)定值，且站內(nèi)電抗器均處于投入狀態(tài)，則將STATCOM的感性上限值逐步放開(kāi)。這一功能已在水鄉(xiāng)站STATCOM裝置中實(shí)現(xiàn)。

3.3 暫態(tài)電壓控制

STATCOM暫態(tài)電壓控制模式主要針對(duì)2類(lèi)情況。第一類(lèi)是系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)，系統(tǒng)電壓發(fā)生快速波動(dòng)。此種情況需要避免STATCOM的頻繁動(dòng)作可能引起的系統(tǒng)電壓小幅長(zhǎng)時(shí)間波動(dòng)。第二類(lèi)是系統(tǒng)發(fā)生接地故障，系統(tǒng)電壓發(fā)生快速大幅度跌落。此種情況下要避免在發(fā)生接地故障時(shí)，STATCOM的投入增大系統(tǒng)短路電流，增加220 kV斷路器的負(fù)擔(dān)。因此，STATCOM的控制器不僅要能迅速檢測(cè)到短路故障的發(fā)生和切除，同時(shí)還要避免STATCOM對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)。

為防止近端電網(wǎng)故障時(shí)，STATCOM的投入增大系統(tǒng)短路電流，當(dāng)三相電壓中任意相電壓有效值低于0.4 p.u.（可設(shè)定）并持續(xù)一段時(shí)間（可設(shè)定），暫態(tài)控制模式閉鎖定電壓控制，同時(shí)啟動(dòng)零無(wú)功控制，零無(wú)功輸出時(shí)裝置輸出無(wú)功保持為零，直到零無(wú)功控制取消。當(dāng)三相電壓均高于0.5 p.u.（可設(shè)定）并持續(xù)一段時(shí)間（可設(shè)定），取消零無(wú)功控制，同時(shí)啟動(dòng)暫態(tài)電壓控制，控制器根據(jù)電壓參考值對(duì)母線電壓進(jìn)行控制。相關(guān)邏輯如圖7所示。

圖7 水鄉(xiāng)站STATCOM暫態(tài)電壓控制邏輯圖Fig.7 Transient voltage control logic of STATCOM of Shuixiang Station

如圖5中判別邏輯所示，STATCOM通過(guò)對(duì)相電壓有效值幅值和變化速度的判斷來(lái)識(shí)別故障，并根據(jù)故障的嚴(yán)重程度來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制策略。當(dāng)母線電壓瞬時(shí)值的變化率du/dt>1.4 kV/ms（持續(xù)5 ms）或電壓有效值U低于0.93 p.u.（或高于1.07 p.u.）時(shí)，進(jìn)入暫態(tài)電壓控制模式。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，STATCOM控制器響應(yīng)時(shí)間必須在6 ms以內(nèi)，同時(shí)其達(dá)到90%的過(guò)負(fù)荷無(wú)功功率輸出時(shí)間在20 ms以內(nèi)。

在暫態(tài)電壓控制模式下，為了在大的系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)加快響應(yīng)速度，同時(shí)減小系統(tǒng)擾動(dòng)恢復(fù)的時(shí)間，STATCOM電壓調(diào)整器還結(jié)合了非線性增益功能，啟動(dòng)增益優(yōu)化。采用高增益的PI調(diào)節(jié)，將輸出容量上下限變?yōu)槿菪?00 Mvar到感性300 Mvar，此時(shí)仍按電網(wǎng)電壓與目標(biāo)電壓的偏差來(lái)發(fā)出實(shí)際的無(wú)功功率。

由于受電力電子器件過(guò)流和發(fā)熱限制，STATCOM僅具有短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力，所以當(dāng)進(jìn)入暫態(tài)電壓控制模式后，無(wú)功限幅僅開(kāi)放1 s，1 s后STATCOM自動(dòng)恢復(fù)為穩(wěn)態(tài)調(diào)壓控制模式。

4 STATCOM定電壓控制應(yīng)用效果

4.1 穩(wěn)態(tài)調(diào)壓控制應(yīng)用效果

水鄉(xiāng)站STATCOM自2013年6月29日投運(yùn)半年時(shí)間內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時(shí)均采用定電壓控制（目標(biāo)母線為500 kV 1號(hào)母線，目標(biāo)電壓值為527.91 kV，限幅2×（±20 Mvar）。圖8為2013年7月10日全天24 h的系統(tǒng)電壓曲線和STATCOM無(wú)功功率曲線。

圖8 2013年7月10日STATCOM無(wú)功功率曲線Fig.8 STATCOM reactive power curve of July 10，2013

穩(wěn)態(tài)定電壓控制目標(biāo)電壓為527.91 kV（線電壓有效值），折算為相電壓有效值為304.79 kV，對(duì)應(yīng)圖中虛線②。從圖8中可以看出當(dāng)系統(tǒng)電壓高于虛線②時(shí)，STATCOM輸出感性無(wú)功功率（負(fù)值）；當(dāng)系統(tǒng)電壓低于虛線②時(shí)，STATCOM輸出容性無(wú)功功率（正值）。

從圖8中可以看出當(dāng)系統(tǒng)電壓高于虛線①時(shí)，STATCOM輸出無(wú)功功率達(dá)到感性限幅，1號(hào)和2號(hào)STATCOM均發(fā)出-20 Mvar無(wú)功功率；當(dāng)系統(tǒng)電壓低于虛線③時(shí)，STATCOM輸出無(wú)功功率達(dá)到容性限幅，1號(hào)和2號(hào)STATCOM均發(fā)出20 Mvar無(wú)功功率。

從圖8還可以看出，在08:00、12:00和18:00工廠上下班時(shí)間，電網(wǎng)電壓變化較明顯，而STATCOM也實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)電壓進(jìn)行線性無(wú)功輸出，使電網(wǎng)電壓變化更加平穩(wěn)。在13:00和22:00左右，電網(wǎng)電壓在目標(biāo)電壓值附近細(xì)微波動(dòng)，STATCOM由于其毫秒級(jí)的響應(yīng)速度也不斷進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，2組STATCOM的無(wú)功功率輸出在［-5 Mvar，+5 Mvar］的區(qū)間內(nèi)反復(fù)調(diào)節(jié)。

由于水鄉(xiāng)變電站站內(nèi)電容器組和電抗器組較多，且系統(tǒng)電壓在2013年下半年未出現(xiàn)電壓非常高或非常低的現(xiàn)象，所以未出現(xiàn)全站電容器或電抗器全投的情況。僅在系統(tǒng)調(diào)試階段和RTDS試驗(yàn)時(shí)驗(yàn)證過(guò)電容器或電抗器全投時(shí)STATCOM限幅逐步放開(kāi)的功能。

4.2 暫態(tài)電壓控制應(yīng)用效果

由于正常情況下STATCOM工作在穩(wěn)態(tài)調(diào)壓控制模式，僅在電網(wǎng)電壓突變（一般是由電網(wǎng)故障引起）時(shí)會(huì)切換至?xí)簯B(tài)電壓控制模式，將這種控制模式的切換稱(chēng)為STATCOM暫態(tài)啟動(dòng)。

下面以2013年7月3日的第一次暫態(tài)響應(yīng)錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖9所示。

圖9 水鄉(xiāng)站STATCOM第一次暫態(tài)啟動(dòng)錄波圖Fig.9 First STATCOM transient-triggered wave record

2013年7月3 日深圳寶安直流換流站濾波器組發(fā)生故障（A相短路），水鄉(xiāng)站500 kV母線監(jiān)測(cè)到A相電壓跌落至67%，達(dá)到觸發(fā)STATCOM進(jìn)入暫態(tài)電壓控制的條件。從圖9錄波中500 kV零序電壓可記錄故障時(shí)刻為t1=28 ms，故障切除時(shí)刻為t4=97 ms，故障持續(xù)時(shí)間為69 ms。其中500 kV 8號(hào)主變即為STATCOM專(zhuān)用變壓器，其唯一負(fù)荷即為2組STATCOM裝置，因此可以用其變低的電流來(lái)觀測(cè)STATCOM的無(wú)功功率輸出情況。

從圖9中可知，在t2=34 ms時(shí)刻STATCOM控制器響應(yīng)進(jìn)入暫態(tài)電壓控制，控制器響應(yīng)時(shí)間為6 ms，滿足設(shè)計(jì)要求。在t3=49 ms時(shí)刻8號(hào)主變變低B相電流達(dá)到谷值-5.95 kA，約為最大值的85%。即電網(wǎng)故障后約21 ms時(shí)STATCOM達(dá)到約255 Mvar的無(wú)功功率輸出。

本次STATCOM暫態(tài)啟動(dòng)中專(zhuān)用變壓器變低電流有效值最大時(shí)為4.95 kA，結(jié)合35 kV 8號(hào)母線電壓，可計(jì)算出暫態(tài)啟動(dòng)最大無(wú)功輸出為302 Mvar。而基于圖9中的錄波曲線，可利用數(shù)據(jù)分析計(jì)算出STATCOM暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間約為22.5 ms。

水鄉(xiāng)站STATCOM裝置在2013年下半年共暫態(tài)啟動(dòng)8次，均是由電網(wǎng)故障引起的。相關(guān)情況如表1所示。

表1 水鄉(xiāng)站STATCOM暫態(tài)啟動(dòng)記錄（共8次）Table 1 STATCOM transient-triggered records（8 times in total）

從表1可以看出，水鄉(xiāng)站STATCOM在2013年下半年的8次暫態(tài)啟動(dòng)中，均能在20 ms左右發(fā)出近300 Mvar的容性無(wú)功功率。通過(guò)相關(guān)科技查新，在國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道中未見(jiàn)有百兆乏級(jí)的STATCOM響應(yīng)速度達(dá)到該數(shù)值的。

其中，2013年9月22日夜間“天兔”臺(tái)風(fēng)登陸廣東省，廣東電網(wǎng)多條線路跳閘，電網(wǎng)電壓波動(dòng)，水鄉(xiāng)站STATCOM裝置于2013年9月22日夜間暫態(tài)啟動(dòng)3次，為電網(wǎng)瞬間輸送大量的容性無(wú)功功率，對(duì)抑制電壓突變和改善直流系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境作出了貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

STATCOM裝置在實(shí)際工程中最常用的2種控制模式是穩(wěn)態(tài)調(diào)壓模式和暫態(tài)電壓控制模式，通過(guò)跟蹤目標(biāo)母線電壓，STATCOM可實(shí)現(xiàn)靈活快速的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償。百兆乏級(jí)STATCOM在國(guó)內(nèi)外的工程應(yīng)用僅有少數(shù)例子，本文結(jié)合水鄉(xiāng)站±200 Mvar STATCOM投運(yùn)半年的實(shí)際參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，詳細(xì)介紹了其電壓控制功能設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)定和應(yīng)用效果，可為后續(xù)其他STATCOM裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、裝置研發(fā)和工程實(shí)踐提供借鑒。