動態(tài)無功補償技術(shù)

動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用童陸園教授清華大學柔性輸配電系統(tǒng)研究所所長清華四方電力系統(tǒng)穩(wěn)控聯(lián)合研究所副所長2/4/20231動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用內(nèi)容1.電力系統(tǒng)動態(tài)無功補償2.大功率電力電子 與VSC技術(shù)

3.動態(tài)無功補償技術(shù)

4.

TCR和VSC

動態(tài)無功補償方案比較2/4/20232動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用電力系統(tǒng)動態(tài)無功補償

動態(tài)無功補償?shù)墓沧R有功可以遠距離輸送，無功只能就近平衡！瞬間大的有功動態(tài)不平衡會造成頻率崩潰，大的無功動態(tài)不平衡會造成電壓崩潰；在受電側(cè)不僅需要電廠，還需要足夠的電壓支撐！主要負荷點電壓如果低到70－80%就可能發(fā)生電壓崩潰！電廠接入點電壓如低于一定水平將自動停機！尤其是核電站要求很苛刻；2/4/20234動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用動態(tài)無功補償?shù)囊饬x調(diào)節(jié)長距離傳輸線路電壓，以提高線路功率傳輸能力抑制電網(wǎng)電壓波動提高輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性提高受電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性抑制功率振蕩2/4/20235動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用。嚴重故障

故障沖擊造成低電壓

潮流大量轉(zhuǎn)移HVDC雙級閉鎖及相關事故 受端主力機組失磁

負荷突增

一般由空調(diào)負荷迅速大量增加造成區(qū)外輸電比例越來越大不僅使負荷中心有功熱備用減少也使得動態(tài)無功支撐日益不足阻抗型無功補償裝置（并聯(lián)電容補償裝置、濾波器、SVC等）無功隨電壓平方倍變化恒定功率負荷增多調(diào)相機逐漸退出

功角穩(wěn)定問題與電壓穩(wěn)定問題常?；檎T因

暫態(tài)電壓崩潰？2/4/20236動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用正常運行：動態(tài)無功平衡---高供電質(zhì)量、穩(wěn)定裕度故障沖擊：動態(tài)無功控制---動態(tài)穩(wěn)定樞紐點電壓迅速下降,無功平衡突然破壞--能迅速動態(tài)平衡；

-既要能維持暫態(tài)功角穩(wěn)定也要能維持暫態(tài)電壓穩(wěn)定,

功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定事故常是伴生的；

-關鍵是在重要樞紐點要有足夠的能快速反應的動態(tài) 電壓或無功支撐！對動態(tài)無功補償?shù)囊?/4/20237動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用隨著華北華中聯(lián)網(wǎng)工程的實施，東北、華北、華中、川渝電網(wǎng)將實現(xiàn)交流互聯(lián)，形成一個北自伊敏、南至二灘，地跨14個省、市、自治區(qū)，裝機容量超過1.4億千瓦，南北距離超過4600公里的超大規(guī)模同步交流系統(tǒng)。由于互聯(lián)電網(wǎng)中各區(qū)域電網(wǎng)500千伏主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)尚不十分健全，區(qū)域電網(wǎng)間僅通過單回500千伏線路弱聯(lián)系，加之處于互聯(lián)電網(wǎng)兩側(cè)末端的伊敏電廠、二灘電廠均為遠距離、大容量送電，因此，整個互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定問題比較突出。全國聯(lián)網(wǎng)對動態(tài)穩(wěn)定的影響2/4/20238動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用華中Central華東East華北North東北Northeast川渝ChuanYu福建Fujian2003年全國聯(lián)網(wǎng)示意圖2/4/20239動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用500kv220kv330kv火電廠水電廠核電廠變電站西北Northwest南方South山東Shandong2005年全國聯(lián)網(wǎng)示意圖2/4/202310動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用互聯(lián)電網(wǎng)特性的主要變化聯(lián)網(wǎng)后局部故障影響范圍擴大一些重要輸電斷面的暫態(tài)穩(wěn)定水平發(fā)生變化動態(tài)穩(wěn)定問題趨于嚴重，成為影響電網(wǎng)穩(wěn)定的一個主要因素電壓穩(wěn)定問題更為突出頻率穩(wěn)定性得到改善影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的因素多元化

2/4/202311動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用聯(lián)網(wǎng)后局部故障影響范圍擴大隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的擴大，在事故擾動過程中影響和波及的范圍也將擴大，局部電網(wǎng)的故障將可能波及鄰近電網(wǎng)，在某些情況下可能誘發(fā)惡性連鎖反應。例如東北電網(wǎng)內(nèi)部部分線路三永故障，可能造成萬縣變母線電壓大幅跌落，引起川渝機組相對其他機組失步，三萬線低壓解列裝置動作解列。2/4/202312動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用電壓穩(wěn)定問題更為突出華北華中電網(wǎng)互聯(lián)后，導致系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題更為突出，主要原因：一是由于弱阻尼或負阻尼區(qū)域振蕩模式的存在，容易發(fā)生電壓和功率的較大幅度波動。二是互聯(lián)電網(wǎng)的在事故過程中容易發(fā)生潮流的大范圍轉(zhuǎn)移，使得一些重潮流區(qū)域的電壓快速下降或崩潰。2/4/202313動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用頻率穩(wěn)定性得到改善互聯(lián)后電網(wǎng)規(guī)模擴大，使全系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性得到改善，系統(tǒng)抵御大機組掉閘等沖擊的能力增強，川渝電網(wǎng)大機小網(wǎng)問題通過聯(lián)網(wǎng)得到較好緩解。但當互聯(lián)系統(tǒng)交換功率較大時，如果聯(lián)絡線因故障跳開，需要采取措施保證送、受端系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。2/4/202314動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的因素多元化

大型互聯(lián)電網(wǎng)中，電網(wǎng)內(nèi)一個斷面潮流的增加，可能造成整個電網(wǎng)動態(tài)品質(zhì)的惡化。區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的安全穩(wěn)定控制可能與相鄰電網(wǎng)的某些運行條件及因素有較強的相關性。由此增加了電網(wǎng)運行安全控制的復雜程度。2/4/202315動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用未來大中心負荷區(qū)受電系統(tǒng)設想遠距發(fā)端負荷中心動補遠距發(fā)端遠距發(fā)端動補串補動補遠郊電廠遠郊電廠環(huán)形強受電網(wǎng)低頻低壓減載接在系統(tǒng)振蕩中心附近，提高送電極限接在覆蓋大量電動機負荷的較低的電壓側(cè)DVRAPF儲能分布電源實行分時分質(zhì)電價2/4/202316動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用大功率電力電子與VSC技術(shù)大功率電力電子應用的共同核心技術(shù)高電壓大容量變流技術(shù)和裝置主電路及控制系統(tǒng)技術(shù)電磁兼容性（EMC）和抗干擾技術(shù)故障診斷、保護和預警技術(shù)仿真、測試與試驗技術(shù)新型高電壓大容量電力電子元件及其應用技術(shù)新型高電壓大容量門極可關斷器件（IGBT、IGCT等）大容量器件的串并聯(lián)技術(shù)生產(chǎn)與制造2/4/202318動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用電力電子裝置：核心技術(shù)是大功率變流器，VSC（VoltageSourceConvoter）大功率變流器技術(shù)也是其他FACTS/HVDC及變頻等大功率電力電子應用的核心技術(shù)STATCOM可直接轉(zhuǎn)成SSSC，UPFC，輕型直流等核心技術(shù)可應用于SVC/TCSC/HVDC/高壓變頻等2/4/202319動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用

SC4

中點箝位三電平三相橋電壓型逆變器2/4/202320動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用H橋串聯(lián)電壓型逆變器2/4/202321動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用基于VSC的輕型直流輸電技術(shù)輕型直流輸電技術(shù)不是傳統(tǒng)高壓直流輸電的換代技術(shù)，應用領域不同輕型直流輸電技術(shù)的應用范圍：向偏遠地區(qū)供電、海上供電城市配電網(wǎng)增容改造清潔能源發(fā)電不同額定頻率或相同額定頻率的交流系統(tǒng)間的非同步運行直流環(huán)網(wǎng)供電提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量2/4/202322動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用基于VSC的輕型直流輸電技術(shù) 輕型直流輸電的基礎技術(shù)是采用IGBT/IGCT構(gòu)成的電壓源逆變器2/4/202323動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用國外輕型直流輸電的主要工程時間地點功率/電壓（MW/kV）長度說明1997-03瑞典Hellsjon3/±1010第一個試驗性輕型直流工程1999-06瑞典Gotland50/±8070島上風力發(fā)電送至負荷中心1999澳大利亞Directlink65×3/±80地下電纜連接兩個電網(wǎng)，實現(xiàn)地區(qū)電能交易2000-08丹麥Tiaerebor7.2/±94.3風力發(fā)電站與交流主網(wǎng)相聯(lián)2000EaglePass36/±15.9背靠背美國德克薩斯州電網(wǎng)與墨西哥電網(wǎng)實現(xiàn)非同步互聯(lián)2002-05美國Cross-Sound330/±15040海底電纜連接NewEngland和LongIsland兩個電網(wǎng)2002-04澳Murraylink200/±150180南部電網(wǎng)與Victoria州電網(wǎng)互聯(lián)2/4/202324動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用統(tǒng)一潮流控制器-UPFC串聯(lián)補償和并聯(lián)補償結(jié)合；2/4/202325動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用靜止同步串聯(lián)補償器-SSSC電壓源型逆變串聯(lián)裝置；2/4/202326動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用電網(wǎng)潮流控制器（GPFC）

UPFC與輕型直流輸電的結(jié)合： 控制有功無功，從而對電壓進行調(diào)節(jié)，提高電網(wǎng)輸送容量，改善穩(wěn)定性2/4/202327動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用動態(tài)無功補償技術(shù)動態(tài)無功補償?shù)膽梅秶旊娤到y(tǒng)補償：110-500kV變電站大負荷中心，傳輸線樞紐點用戶側(cè)無功補償：380-10kV配電網(wǎng)減少380V系統(tǒng)中的無功電流分量，降低線損，提高電能質(zhì)量沖擊負荷（無功負荷大、有諧波分量）鐵路牽引變電站，電弧爐，油國，軋鋼廠，鋁廠，整流負荷等（大功率交交變頻）2/4/202329動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用Slow

VARS1stGenerationMechanicallySwitchedDevicesThyristorControledComponents2ndGenerationVSCTechnology3rdGenerationFastVARS動態(tài)無功補償?shù)陌l(fā)展2/4/202330動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用各種型式的無功補償器機械開關投切電容器及電抗器晶閘管投切電容器和電抗器晶閘管控制電抗器同步調(diào)相機靜止無功補償器－SVC新型靜止無功發(fā)生器－ASVG斷續(xù)調(diào)解連續(xù)調(diào)節(jié)2/4/202331動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用70年代以來世界電力系統(tǒng)應用已逾180臺，我國500KV輸電系統(tǒng)運行6臺，全為進口。StaticVarCompensator：靜止無功補償器基于TCR的SVC--------上一世紀的技術(shù)2/4/202332動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用TCR的諧波2/4/202333動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用TCR中的諧波的危害必須加裝無源濾波器；諧波引起電感、電容發(fā)熱，導致絕緣老化，電容器參數(shù)參數(shù)變化及損壞；諧波在TCR與PF間流動增加損耗，降低效率；諧波引起電磁兼容問題－干擾周圍設備；諧波造成電磁污染、輻射－環(huán)保問題2/4/202334動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用TCR型SVC容易引起諧振TCR型SVC為阻抗型器件，其接入后改變系統(tǒng)阻抗特性，可能引起振蕩，輸電線中間接TCR型SVC可能導致次同步振蕩；西門子公司在南非安裝的TCR型SVC裝置曾經(jīng)就引起過諧振，后采取其它措施才解決。2/4/202335動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用TCR型SVC的其它問題TCR型SVC是阻抗型元件，無功與電壓平方成正比，電壓低時無功大大小于額定功率，電壓高時大大高于額定功率；TCR噪聲大，占地面積大晶閘管的冷卻系統(tǒng)必須帶電運行，只能用純水（運行維護成本高）或熱管（效率低）2/4/202336動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用我國輸電系統(tǒng)SVC的應用進口5地6套SVC廣東江門500KV變電站–ABB180MVarSVC，87年投運，92年并聯(lián)電容器爆炸起火，兩臺TCR外表嚴重燒毀湖南云田–意大利120MVarSVC，88年投運，四次電容器組爆炸，三次諧波嚴重放大湖北鳳凰山–ABB120MVarSVC河南小劉–ABB135MVarSVC，88年引進，7次諧波的諧振遼寧沙嶺500kV變電站-ABB90MVarSVC，87年投運，2/4/202337動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用20MVASTATCOM構(gòu)成

2/4/202338動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用

國產(chǎn)20Mvar-STATCOM的動態(tài)響應

突加20MVAR領先無功時電壓電流波形

Responsetime<30ms2/4/202339動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用實驗裝置構(gòu)成采用600V/50AIGBT模塊，連接電抗10％2/4/202340動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用逆變輸出電壓及諧波分析（150Hz調(diào)制）輸出電壓波形

輸出電壓諧波THD=4.4％2/4/202341動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用發(fā)出無功電流STATCOM的優(yōu)越性

電壓

1.0

0.2

STATCOMSVC先進靜止無功發(fā)生器是防止電壓崩潰有效手段特性好，動作快，占地少。吸收無功電流2/4/202342動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用ALSTOM75MVA鏈式STATCOM2/4/202343動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用ALSTOM75MVA鏈式STATCOM2/4/202344動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用一般化和多功能的FACTS控制裝置（1）用于綜合功率傳輸控制和管理的一般化IPFC方案2/4/202345動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用兩電壓型變流器組成的多功能補償器一般化和多功能的FACTS控制裝置（2）2/4/202346動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用基于IPFC概念的多線傳輸系統(tǒng)綜合有功、無功潮流控制裝置一般化和多功能的FACTS控制裝置（3）2/4/202347動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用VSC的優(yōu)越性無諧波，不會造成諧振采用高頻開關器件，響應速度更快輸出電流基本不受系統(tǒng)電壓影響短期（60秒）過載20％以上運行電磁噪聲小，EMC性能更好占地面積?。b箱模塊）功耗小，運行效率更高冷卻系統(tǒng)可使用普通水+冷凍液（同汽車）配置靈活，多模塊直流背靠背連接可形成多種功能的裝置。2/4/202348動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用TCR和VSC動態(tài)無功補償方案比較動態(tài)無功補償裝置設計方案舉例0—60MVAR連續(xù)可調(diào)動態(tài)容性無功補償設TSC+FC的單價為60元/KVAR（國產(chǎn)器件）和100元/KVAR（進口器件）設TCR的單價為200元/KVAR（國產(chǎn)器件）和300元/KVAR（進口器件）設VSC模塊的單價為500元/KVAR2/4/202350動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用TCR60MVAR：1200萬---1800萬FC60MVAR：360萬---600萬總計：1560萬---2400萬60MVAR基于TCR的SVC方案一TCRFCQ2/4/202351動態(tài)無功補償技術(shù)及其應用60MVAR基于VSC的SVC方案一