STATCOM與新型調(diào)相機(jī)在交直流受端系統(tǒng)中的暫態(tài)特性對(duì)比研究

王若愚，蔡京陶，葉鍵民，劉軍偉

(1. 深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518001；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510670)

隨著大規(guī)模新能源和大容量直流接入及電網(wǎng)負(fù)荷規(guī)模和密度提升，我國(guó)電網(wǎng)對(duì)快速靈活動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枨笤絹?lái)越大。若送端弱電網(wǎng)短路容量低，交流系統(tǒng)故障或近區(qū)大容量直流等狀態(tài)變化都可能造成電壓大幅波動(dòng)，對(duì)近區(qū)電網(wǎng)新能源機(jī)組和直流的穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響；若受端電網(wǎng)負(fù)荷密度高，面臨的電壓穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)大，疊加多回直流接入時(shí)交流系統(tǒng)故障可能引起多回直流換相失敗，加劇電網(wǎng)電壓穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。

針對(duì)多直流集中饋入電網(wǎng)的主網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率相對(duì)不足的問(wèn)題，除了采取維持電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)、加強(qiáng)電源支撐、優(yōu)化機(jī)組和直流控制等措施，還可以直接加裝多種形式的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，比如靜止無(wú)功補(bǔ)償器(static var compensator，SVC)、靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)、調(diào)相機(jī)等。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的受端負(fù)荷中心，通常用地比較緊張，SVC因占地面積過(guò)大、響應(yīng)速度相對(duì)較慢、低電壓時(shí)無(wú)功輸出能力有限等，現(xiàn)在一般不會(huì)考慮。隨著電力電子技術(shù)的不斷成熟，大容量采用鏈?zhǔn)郊夹g(shù)的STATCOM獲得廣泛應(yīng)用[4]；同步調(diào)相機(jī)是經(jīng)典的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，過(guò)去因?yàn)樾D(zhuǎn)設(shè)備、噪聲大、運(yùn)行維護(hù)較復(fù)雜等原因受到詬病，近年來(lái)，隨著電機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)制造水平的提高和直流特高壓工程的推進(jìn)，新型調(diào)相機(jī)因容量大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入人們的視線[5]，也獲得較多應(yīng)用。已有較多文獻(xiàn)從多個(gè)角度對(duì)STATCOM和調(diào)相機(jī)的特性進(jìn)行對(duì)比研究，文獻(xiàn)[6]從運(yùn)行原理、響應(yīng)特性及應(yīng)用實(shí)例仿真等多個(gè)角度比較新一代大容量調(diào)相機(jī)、SVC與STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置之間的差異；文獻(xiàn)[7]比較了新型大容量調(diào)相機(jī)、SVC與STATCOM的主要性能特點(diǎn)；文獻(xiàn)[8]比較了在直流換相失敗及閉鎖故障時(shí)，調(diào)相機(jī)、SVC與STATCOM這3種動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)直流送端暫態(tài)過(guò)電壓的抑制能力。

然而，上述文獻(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)故障時(shí)二者的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償過(guò)程，尤其是數(shù)十毫秒內(nèi)的快速暫態(tài)無(wú)功響應(yīng)過(guò)程未進(jìn)行深度對(duì)比分析，且目前國(guó)內(nèi)缺乏對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生相同電壓支撐效果下二者裝機(jī)容量方面的相關(guān)對(duì)比分析，以及實(shí)際工程應(yīng)用中設(shè)備的選擇及應(yīng)用參考。對(duì)此，本文首先對(duì)比分析新型調(diào)相機(jī)與STATCOM的動(dòng)態(tài)無(wú)功輸出特性、關(guān)鍵影響參數(shù)及無(wú)功輸出優(yōu)化方法；根據(jù)分電壓跌落深度、跌落速度等不同場(chǎng)景下，從自身發(fā)出的無(wú)功電流出發(fā)，詳細(xì)比較二者的暫態(tài)電壓支撐等效果替代方法；最后，針對(duì)交直流受端電網(wǎng)待解決的主要矛盾，對(duì)二者的選用提出相應(yīng)的工程應(yīng)用建議。

1 調(diào)相機(jī)和STATCOM的無(wú)功輸出暫態(tài)特性關(guān)鍵因素

新型調(diào)相機(jī)和STATCOM都可以提供快速靈活的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)于我國(guó)送受端電網(wǎng)均可以發(fā)揮較好的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐作用，已經(jīng)有大量的應(yīng)用案例[9-10]。但是對(duì)于送、受兩端電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枨蠛蛡?cè)重點(diǎn)可能有較大區(qū)別。送端弱電網(wǎng)需要抑制電壓波動(dòng)，提升短路容量；而受端電網(wǎng)，尤其是負(fù)荷密集的交直流受端系統(tǒng)，需要降低系統(tǒng)電壓失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，減少負(fù)荷端低壓減載量，提升對(duì)多回大容量直流的支撐能力，這對(duì)于動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的暫態(tài)性能來(lái)說(shuō)，需要其快速響應(yīng)能力，特別是數(shù)十毫秒內(nèi)的無(wú)功支撐能力；同時(shí)要求不因?yàn)樘峁┒搪冯娏鬟^(guò)大造成額外運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，以及對(duì)于系統(tǒng)低電壓良好的適應(yīng)能力。

1.1 調(diào)相機(jī)無(wú)功輸出機(jī)理和暫態(tài)特性關(guān)鍵因素

當(dāng)系統(tǒng)電壓突變時(shí)，調(diào)相機(jī)的無(wú)功響應(yīng)主要分為2個(gè)部分：一是在系統(tǒng)電壓變化的瞬間由調(diào)相機(jī)固有物理特性自然引發(fā)的無(wú)功響應(yīng)，并隨時(shí)間衰減；二是由調(diào)相機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)改變勵(lì)磁電壓引起的無(wú)功響應(yīng)，需要一定的響應(yīng)時(shí)間。

1.1.1 次暫態(tài)特性

調(diào)相機(jī)具備次暫態(tài)特性，在系統(tǒng)電壓變化瞬間，調(diào)相機(jī)進(jìn)入固有物理特性產(chǎn)生的無(wú)功響應(yīng)，在故障瞬間內(nèi)電勢(shì)保持不變，瞬時(shí)發(fā)出/吸收大量無(wú)功功率，該過(guò)程一般在20 ms內(nèi)完成。

系統(tǒng)故障時(shí)，調(diào)相機(jī)的瞬時(shí)無(wú)功增量ΔQd≈-ΔU/(X″d+Xk)，調(diào)相機(jī)向系統(tǒng)提供的瞬時(shí)無(wú)功功率[11]

(1)

式中：下標(biāo)d表示d軸分量，k表示短路電流中的交流分量；X″d為調(diào)相機(jī)d軸次暫態(tài)電抗；Xk為調(diào)相機(jī)升壓變短路電抗；ΔU為高壓側(cè)母線變化量；U為故障后電壓；Id0為調(diào)相機(jī)勵(lì)磁電流無(wú)功分量初始值。

1.1.2 暫態(tài)特性

次暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后，調(diào)相機(jī)在具備一定響應(yīng)延時(shí)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)作用下進(jìn)入暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程，通過(guò)改變勵(lì)磁電壓繼續(xù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功支撐。該過(guò)程可持續(xù)到系統(tǒng)將故障切除電壓恢復(fù)，一般在200 ms內(nèi)完成。

忽略調(diào)相機(jī)飽和及換相壓降，暫態(tài)過(guò)程中調(diào)相機(jī)定子電流增量

(2)

其中

式中：KM為最大勵(lì)磁輸出電壓相對(duì)于勵(lì)磁基準(zhǔn)電壓的倍數(shù)；ΔE′q0為q軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)初始值增量；X′d和Xd分別為調(diào)相機(jī)d軸暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)電抗；T′d0為d軸暫態(tài)短路時(shí)間常數(shù);t為時(shí)間。

1.1.3 穩(wěn)態(tài)特性

調(diào)相機(jī)具備穩(wěn)態(tài)特性，根據(jù)最新試驗(yàn)結(jié)果，300 Mvar調(diào)相機(jī)具備300 Mvar遲相和170～200 Mvar的穩(wěn)定運(yùn)行能力[12]。

1.2 STATCOM無(wú)功輸出機(jī)理和暫態(tài)特性關(guān)鍵因素

STATCOM通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓的變化方向，迅速發(fā)出無(wú)功功率表及時(shí)控制系統(tǒng)電壓，該過(guò)程中STATCOM的外特性為幅值和相位可控的交流電壓源[6,13]。目前大多數(shù)大容量STATCOM采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)[14]，使用連接變壓器與系統(tǒng)并聯(lián)，通過(guò)比較電網(wǎng)電壓與STATCOM輸出電壓的幅值，決定STATCOM輸出電流的相位超前還是滯后，從而決定STATCOM發(fā)出還是吸收無(wú)功功率[15]。STATCOM一般采用外環(huán)電壓、內(nèi)環(huán)電流的雙閉環(huán)控制策略，通過(guò)直接控制電流以維持交流電壓和直流電容電壓的穩(wěn)定。

對(duì)于內(nèi)環(huán)電流控制，以控制時(shí)間間隔TS為步長(zhǎng)對(duì)STATCOM的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行拉普拉斯變換，離散化后得到瞬時(shí)電流控制算法如式(3)所示。該方法可在1個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)完成STATCOM輸出電流變化反饋控制，在系統(tǒng)電壓突變時(shí)快速輸出電流[16]。

(3)

式中：Ui為逆變器輸出電壓；Us為STATCOM接入點(diǎn)的系統(tǒng)電壓；L和R為逆變器單相連接電抗和等效電阻；I為接入點(diǎn)的系統(tǒng)電流；tcur為當(dāng)前時(shí)刻。

對(duì)于外環(huán)電壓控制：暫態(tài)情況下，STATCOM進(jìn)入暫態(tài)電壓控制模式，電壓反饋控制器采用高增益比例積分(PI)調(diào)節(jié)，可快速實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率滿發(fā)，應(yīng)對(duì)暫態(tài)故障時(shí)的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐需求[17]。此外，STATCOM電壓調(diào)整器通過(guò)增加非線性增益功能，引入增強(qiáng)型增益，在系統(tǒng)電壓發(fā)生大波動(dòng)時(shí)提供快速無(wú)功響應(yīng)，并避免系統(tǒng)產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間小幅振蕩。暫態(tài)電壓控制模式如圖1所示，圖中Uref為參考電壓，Um為測(cè)量電壓，Ks為放大系數(shù)，Umin為最小電壓限值，Umax為最大電壓限值。

圖1 暫態(tài)電壓控制模式Fig.1 Transient voltage control mode

1.3 無(wú)功輸出特性優(yōu)化方法

1.3.1 調(diào)相機(jī)無(wú)功輸出特性優(yōu)化方法

文獻(xiàn)[17]通過(guò)求解調(diào)相機(jī)某個(gè)參數(shù)X對(duì)有效無(wú)功電流增益KI的偏導(dǎo)?KI/?X來(lái)確定各參數(shù)的優(yōu)化方向。?KI/?X的時(shí)域分析結(jié)果總結(jié)如下：

a)Xk：整個(gè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程中，Xk為絕對(duì)主導(dǎo)參數(shù)，增大Xk，有利于提高調(diào)相機(jī)的瞬時(shí)無(wú)功支撐能力；

b)X″d：t<100 ms以內(nèi)的次暫態(tài)、暫態(tài)過(guò)程中，增大Xk可提高調(diào)相機(jī)的次暫態(tài)、暫態(tài)過(guò)程無(wú)功支撐能力；t>10 s以上的穩(wěn)態(tài)過(guò)程中，X″d對(duì)穩(wěn)態(tài)無(wú)功輸出基本無(wú)影響；

c)X′d、Xd、T′d0和T″d0：t<20 ms的次暫態(tài)過(guò)程和t>100 s的穩(wěn)態(tài)過(guò)程中，這些參數(shù)對(duì)調(diào)相機(jī)的次暫態(tài)瞬時(shí)無(wú)功和穩(wěn)態(tài)無(wú)功幾乎沒(méi)有影響；100 ms

新型調(diào)相機(jī)優(yōu)化后的典型參數(shù)見(jiàn)表1，取值均為標(biāo)幺值。

1.3.2 STATCOM無(wú)功輸出特性優(yōu)化方法

暫態(tài)過(guò)程中，STATCOM的無(wú)功輸出響應(yīng)時(shí)間主要取決于裝置的開(kāi)環(huán)響應(yīng)時(shí)間常數(shù)T和控制系統(tǒng)延時(shí)，響應(yīng)速度快則輸出電流精準(zhǔn)。鏈?zhǔn)絊TATCOM的特征方程如下[18]：

表1 新型調(diào)相機(jī)模型主要參數(shù)Tab.1 Main parameters of new phase modifier model

(4)

式中：C為逆變器直流側(cè)等效電容；N為每相串聯(lián)的逆變橋個(gè)數(shù)；M為調(diào)制比;s為拉普拉斯算子。

開(kāi)環(huán)響應(yīng)時(shí)間常數(shù)T隨R、L、C的變化情況：R與T近似成反比；L與T為超線性關(guān)系，隨L的增加，T增長(zhǎng)很快；C對(duì)T的影響較小。一般情況下，可通過(guò)合理配置STATCOM的主電路元件參數(shù)將開(kāi)環(huán)無(wú)功響應(yīng)時(shí)間減少到10 ms以內(nèi)。對(duì)于控制系統(tǒng)延時(shí)，目前STATCOM廣泛采用的控制策略為雙閉環(huán)反饋控制，其電流內(nèi)環(huán)響應(yīng)速度快，一般20 ms內(nèi)即可將電流控制到目標(biāo)值附近[6]。

2 新型調(diào)相機(jī)與STATCOM無(wú)功輸出暫態(tài)特性對(duì)比

在交流系統(tǒng)短路故障引發(fā)系統(tǒng)電壓一定程度跌落，觸發(fā)調(diào)相機(jī)和STATCOM進(jìn)入暫態(tài)模式的情況下，新型調(diào)相機(jī)和STATCOM均會(huì)根據(jù)電壓跌落深度、跌落速度發(fā)出不同的無(wú)功功率，對(duì)系統(tǒng)電壓不同階段進(jìn)行不同程度的支撐。在比較新型調(diào)相機(jī)和STATCOM的暫態(tài)電壓支撐等效效果替代方面，發(fā)出無(wú)功功率與系統(tǒng)電壓密切相關(guān)，因此，主要比較的是自身發(fā)出的無(wú)功電流。

新型調(diào)相機(jī)和STATCOM在不同系統(tǒng)故障情形下的無(wú)功特性都有較大區(qū)別，下文分場(chǎng)景進(jìn)行比較。

2.1 機(jī)端電壓跌落較淺且能夠快速恢復(fù)

新型調(diào)相機(jī)和STATCOM均有這種場(chǎng)景下的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)際響應(yīng)案例。以現(xiàn)場(chǎng)典型實(shí)測(cè)波形為例，比對(duì)額定容量為300 Mvar的調(diào)相機(jī)和STATCOM在系統(tǒng)故障大擾動(dòng)后的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償特性。參考文獻(xiàn)[19]，韶山站調(diào)相機(jī)機(jī)端電壓和無(wú)功實(shí)測(cè)波形如圖2所示，韶云II線發(fā)生單相短路，故障后機(jī)端電壓下降為0.76(標(biāo)幺值，以下同)，調(diào)相機(jī)無(wú)功出力18 ms內(nèi)由1.6 Mvar升至335.3 Mvar，折算為無(wú)功電流1.47(標(biāo)幺值，以下同)。

圖2 調(diào)相機(jī)無(wú)功輸出曲線實(shí)測(cè)波形Fig.2 Measured waveforms of reactive power output curves of phase modifier

以2012年4月12日廣東500 kV花博乙線AB相間故障跳閘東莞站STATCOM響應(yīng)結(jié)果錄波圖為例，接入系統(tǒng)點(diǎn)電壓和無(wú)功實(shí)測(cè)波形如圖3所示，故障后系統(tǒng)電壓下降為0.87，輸出無(wú)功電流20 ms內(nèi)由0.09升至1.3，25 ms內(nèi)升至1.5。

圖3 STATCOM無(wú)功輸出曲線實(shí)測(cè)波形Fig.3 Measured waveforms of reactive power output curves of STATCOM

由已有實(shí)際工程案例可知，在機(jī)端電壓跌落較淺或故障點(diǎn)電氣距離較遠(yuǎn)時(shí)(如機(jī)端電壓最低在0.7～0.9之間)，若交流故障很快消失且系統(tǒng)電壓能夠很快恢復(fù)，調(diào)相機(jī)輸出無(wú)功功率主要由自身的次暫態(tài)無(wú)功發(fā)出，10～20 ms內(nèi)輸出的無(wú)功電流在1.2～1.5，而有短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力的STATCOM在20 ms輸出的無(wú)功電流可以達(dá)到1.5。在這種情況下，若采用實(shí)際案例的參數(shù)和裝置，同等容量的新型調(diào)相機(jī)和STATCOM在支撐系統(tǒng)短時(shí)電壓方面的作用基本是等效的，均可有效降低系統(tǒng)電壓波動(dòng)，提升電能質(zhì)量。

2.2 機(jī)端電壓跌落較深且能夠快速恢復(fù)

在機(jī)端電壓跌落較重或故障點(diǎn)電氣距離較近時(shí)(如機(jī)端電壓最低在0.6以下)，若交流故障很快消失且系統(tǒng)電壓能夠很快恢復(fù)，新型調(diào)相機(jī)輸出無(wú)功還是依靠次暫態(tài)激發(fā)較大的無(wú)功電流，視系統(tǒng)電壓跌落深度的不同，10～20 ms內(nèi)輸出的無(wú)功電流最大能夠達(dá)到3.5[6]，向交流系統(tǒng)注入較大的無(wú)功電流，300 Mvar調(diào)相機(jī)對(duì)所接入500 kV母線的短路電流貢獻(xiàn)約為1～1.2 kA[20]，折算成標(biāo)幺值為2.89～3.46。

有短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力的STATCOM最大輸出無(wú)功電流為1.5，且考慮到自身設(shè)備保護(hù)和避免注入較大短路電流，在電壓過(guò)低時(shí)STATCOM可以先不發(fā)出無(wú)功電流[13,21]，這樣300 Mvar STATCOM對(duì)所接入500 kV母線的短路電流約為0～0.5 kA，折算成標(biāo)幺值為0～1.44。

在直流饋入的受端電網(wǎng)，新型調(diào)相機(jī)可以提供次暫態(tài)無(wú)功電流，注入較大的短路電流，提升系統(tǒng)短路容量，能夠有效降低短路故障期間系統(tǒng)電壓跌落深度，在一定程度上降低了直流換相失敗的概率[6,15]，這是其優(yōu)于STATCOM的地方。但是對(duì)于短路電流接近超標(biāo)的受端電網(wǎng)，調(diào)相機(jī)減少常規(guī)直流換相失敗概率的應(yīng)用會(huì)受限，而在這種情況下，STATCOM在故障切除后發(fā)出無(wú)功支撐，幫助直流功率恢復(fù)方面會(huì)發(fā)揮更大的作用，這也是浙江電網(wǎng)采用STATCOM的主要原因[10]。

2.3 機(jī)端電壓跌落較深且恢復(fù)緩慢

若100 ms內(nèi)系統(tǒng)電壓恢復(fù)到0.9以上，這種情況下調(diào)相機(jī)來(lái)不及進(jìn)入暫態(tài)模式強(qiáng)勵(lì)發(fā)無(wú)功的階段；若交流短路故障切除或消失后，交流系統(tǒng)面臨較突出的電壓恢復(fù)難題，系統(tǒng)電壓不能很快恢復(fù)，新型調(diào)相機(jī)經(jīng)過(guò)100～200 ms的延時(shí)，將進(jìn)入強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)，發(fā)出較大的無(wú)功電流。這種情形到現(xiàn)在還沒(méi)有實(shí)際案例，需利用電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真模擬以進(jìn)行對(duì)比分析。本文基于南方電網(wǎng)某方式數(shù)據(jù)下廣州木棉片區(qū)電壓穩(wěn)定情況，對(duì)花叢雙回線“N-2”故障后引起的木棉片區(qū)電壓跌落情況進(jìn)行仿真，木棉片區(qū)某典型方式下的潮流網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖4所示，比較STATCOM和新型調(diào)相機(jī)分別接入系統(tǒng)時(shí)，木棉站220 kV母線電壓、2種設(shè)備的輸出無(wú)功電流及輸出無(wú)功功率仿真結(jié)果如圖5、圖6、圖7所示。在500 kV木棉站分別加裝新型調(diào)相機(jī)和STATCOM，其中，STATCOM采用木棉站已有的模型參數(shù)，調(diào)相機(jī)模型參數(shù)參考酒泉—湖南特高壓直流受端新型調(diào)相機(jī)參數(shù)，見(jiàn)表1。

圖4 木棉片區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)Fig.4 Grid structure in Mumian area

圖5 木棉站220 kV母線電壓Fig.5 220 kV bus voltage of Mumian station

圖6 調(diào)相機(jī)和STATCOM輸出的無(wú)功電流Fig.6 Output reactive current waveforms of phase modifier and STATCOM

圖7 調(diào)相機(jī)和STATCOM輸出無(wú)功功率Fig.7 Output reactive power curves of phase modifier and STATCOM

仿真結(jié)果顯示：當(dāng)調(diào)相機(jī)容量提高到240 Mvar或STATCOM容量提高到340 Mvar時(shí)，500 kV木棉站220 kV母線電壓均能在1 s內(nèi)恢復(fù)至0.75以上，基本滿足南方電網(wǎng)通用的電壓穩(wěn)定考核標(biāo)準(zhǔn)。

由圖5可知，交流故障后，220 kV母線電壓最低跌至0.4以下，新型調(diào)相機(jī)和STATCOM均快速響應(yīng)發(fā)出無(wú)功電流。由圖6、圖7可知：調(diào)相機(jī)在次暫態(tài)情形下，發(fā)出大量無(wú)功電流，能夠達(dá)到3.5，隨后100 ms時(shí)間內(nèi)次暫態(tài)無(wú)功電流快速衰減，對(duì)系統(tǒng)電壓支撐非常有限；隨后新型調(diào)相機(jī)進(jìn)入暫態(tài)模式，約能持續(xù)發(fā)出2.5的無(wú)功電流，這是支撐系統(tǒng)電壓恢復(fù)的主要手段。STATCOM在20 ms內(nèi)快速響應(yīng)，持續(xù)發(fā)出1.5的無(wú)功電流，有效支撐了系統(tǒng)電壓恢復(fù)。

對(duì)比系統(tǒng)電壓恢復(fù)曲線可知，系統(tǒng)電壓恢復(fù)后會(huì)有超調(diào)：調(diào)相機(jī)由于暫態(tài)響應(yīng)速度相對(duì)較慢，超調(diào)時(shí)間為2.03 s；而STATCOM能夠快速緊密跟蹤系統(tǒng)電壓，在系統(tǒng)電壓超調(diào)時(shí)會(huì)發(fā)出感性無(wú)功，系統(tǒng)電壓超調(diào)時(shí)間較短，為1.15 s。

在機(jī)端電壓跌落較深且恢復(fù)緩慢的情形下，若只考慮電壓恢復(fù)，調(diào)相機(jī)和STATCOM發(fā)揮同等無(wú)功支撐作用的容量需求為1∶1.4～1∶1.6。調(diào)相機(jī)在這種情況下，主要優(yōu)點(diǎn)是容性無(wú)功持續(xù)輸出能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是：對(duì)于短路容量較大的電網(wǎng)，提供的較大的次暫態(tài)電流增大系統(tǒng)短路電流超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于短路容量較小的電網(wǎng)，由于其暫態(tài)電壓響應(yīng)速度相對(duì)較慢，系統(tǒng)更容易出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)電壓風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論及工程應(yīng)用建議

本文通過(guò)對(duì)比分析新型調(diào)相機(jī)和STATCOM的暫態(tài)無(wú)功輸出機(jī)理，總結(jié)無(wú)功特性輸出優(yōu)化方法，并通過(guò)不同故障響應(yīng)下的案例和算例，深度對(duì)比分析二者暫態(tài)特性，得出如下結(jié)論：對(duì)于直流饋入的受端電網(wǎng)，加裝新型調(diào)相機(jī)和STATCOM等動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的主要目的是解決各種大擾動(dòng)下的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問(wèn)題，提升電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行裕度，但需避免因此可能引起的諸如系統(tǒng)短路電流超標(biāo)等風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)前文分析和比較結(jié)論，在直流饋入受端電網(wǎng)工程應(yīng)用中，需針對(duì)交直流受端電網(wǎng)的主要矛盾，選擇新型調(diào)相機(jī)和STATCOM，提出以下工程應(yīng)用建議：

a)若系統(tǒng)短路電流裕度較大，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的主要目的是提升短路容量，減少直流換相失敗概率，傾向于選用新型調(diào)相機(jī)。

b)若系統(tǒng)短路容量低，可以選用新型調(diào)相機(jī)增加系統(tǒng)短路容量，但要注意系統(tǒng)過(guò)壓風(fēng)險(xiǎn)；也可以選用STATCOM，發(fā)揮其快速精準(zhǔn)跟蹤電壓的能力，但要對(duì)STATCOM的低穿和高穿能力提出要求。

c)若系統(tǒng)短路電流水平較高，已接近斷路器遮斷容量，則只能選用STATCOM，利用其靈活的電流控制能力規(guī)避短路電流增加風(fēng)險(xiǎn)。

d)若工程需要重點(diǎn)發(fā)揮動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的較長(zhǎng)時(shí)間(數(shù)百毫秒)支撐系統(tǒng)電壓恢復(fù)目標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)有工程指標(biāo)，新型調(diào)相機(jī)和STATCOM發(fā)揮同等無(wú)功支撐作用的容量需求約為1∶1.4～1∶1.6，具體工程中需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)環(huán)境等因素綜合比較選擇。