李彬彬

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

【關(guān)鍵詞】35kV直掛鏈?zhǔn)?，靜止同步補(bǔ)償器，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

一、前言

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

二、35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器的分類

按電壓等級(jí)，可以將靜止同步補(bǔ)償器 分為高壓輸電網(wǎng)補(bǔ)償和低壓配電網(wǎng)補(bǔ)償。在高壓輸電網(wǎng)中靜止同步補(bǔ)償器需要通過(guò)變壓器連接到電網(wǎng)中。在低壓配電網(wǎng)中，通過(guò)電抗器并聯(lián)或直接并聯(lián)電網(wǎng)，即D-靜止同步補(bǔ)償器。D-靜止同步補(bǔ)償器的基本工作原理就是將橋式電路通過(guò)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(wú)功電流，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功的目的。另外可以通過(guò)脈寬調(diào)制采用特定諧波消除的方法來(lái)消除特定諧波。

三、靜止同步補(bǔ)償器的作用

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

由于靜止同步補(bǔ)償器可以快速調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的參數(shù)，靜止同步補(bǔ)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(hù)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)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(bǔ)償器均會(huì)進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)，這些調(diào)節(jié)可能會(huì)影響保護(hù)的動(dòng)作，造成超越或者拒動(dòng)。這就要求保護(hù)具有自適應(yīng)功能，來(lái)適應(yīng)快速變化的影響。中，給出國(guó)外的繼電保護(hù)系統(tǒng)中，靜止同步補(bǔ)償器對(duì)自適應(yīng)保護(hù)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(hù)，減小系統(tǒng)參數(shù)快速調(diào)節(jié)對(duì)繼電保護(hù)的影響。另外，自適應(yīng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定、對(duì)不同保護(hù)其控制模式及經(jīng)濟(jì)性，也必須充分考慮。

2、靜止同步補(bǔ)償器產(chǎn)生諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

在實(shí)際電力系統(tǒng)中，靜止同步補(bǔ)償器端口電壓不對(duì)稱或含有諧波畸變是常見(jiàn)的。與直流輸電類似，靜止同步補(bǔ)償器使用大量大功率電力電子器件，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生大量的諧波分量，進(jìn)而注入交流系統(tǒng)。靜止同步補(bǔ)償器固有的電感電容支路，也會(huì)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(huì)影響繼電保護(hù)的濾波效果，也可能會(huì)影響保護(hù)的速動(dòng)性。

諧波消除方法有2種：一種是另加濾波器進(jìn)行濾波，另一種是改進(jìn)自身電路，達(dá)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(bǔ)償器，為了增加靜止同步補(bǔ)償器的容量，通常采用多個(gè)基本電路進(jìn)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(bǔ)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(yùn)行特性。提出，一個(gè)基于標(biāo)幺化的靜止同步補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型，對(duì)分析靜止同步補(bǔ)償器在系統(tǒng)電壓不對(duì)稱或含有畸變時(shí)的運(yùn)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(duì)于諧波的完全濾除還沒(méi)有一個(gè)很好的辦法。

3、靜止同步補(bǔ)償器不同主電路和控制策略對(duì)繼電保護(hù)的影響

不同靜止同步補(bǔ)償器主電路及控制策略引起的暫態(tài)過(guò)程，可能對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生影響?，F(xiàn)有的大容量靜止同步補(bǔ)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(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)等。提出，一種基于相移級(jí)聯(lián)多電平逆變器的靜止同步補(bǔ)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(kāi)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(bǔ)償器的控制方法

1、靜止同步補(bǔ)償器補(bǔ)償電流檢測(cè)方法

補(bǔ)償電流的檢測(cè)精度和速度在很大程度上決定了靜止同步補(bǔ)償器的補(bǔ)償性能。在不同的功率定義下，其檢測(cè)方法不同。目前，基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的電流檢測(cè)法，對(duì)于三相平衡系統(tǒng)的畸變電流檢測(cè)非常有效，具有很好的實(shí)時(shí)性。FBD檢測(cè)法具有明確的物理意義，計(jì)算量小，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，功率定義更合理，且采用基于FBD功率理論補(bǔ)償后，有功損耗最小。

FBD法的實(shí)質(zhì)是在實(shí)際電路里用等效電導(dǎo)代替各相負(fù)載，能量都消耗在這個(gè)等效電導(dǎo)上，利用此等效電導(dǎo)來(lái)分解電流，可以將需要補(bǔ)償?shù)碾娏鞣至坑?jì)算出來(lái)。

2、三電平靜止同步補(bǔ)償器平衡及不平衡情況下控制策略研究

靜止同步補(bǔ)償器的控制是決定其補(bǔ)償性能的關(guān)鍵，依據(jù)檢測(cè)出的指令電流，使靜止同步補(bǔ)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(bǔ)償器控制策略的目標(biāo)。將檢測(cè)出的電流作為無(wú)功電流參考值，根據(jù)這個(gè)參考值調(diào)節(jié)靜止同步補(bǔ)償器真正產(chǎn)生所需的無(wú)功電流。在實(shí)際中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)靜止同步補(bǔ)償器的應(yīng)用場(chǎng)合、需要實(shí)現(xiàn)的功能以及補(bǔ)償目的的不同來(lái)選擇相對(duì)合適的控制策略，以滿足系統(tǒng)的功能要求。一般來(lái)說(shuō)，需要首先采用電流跟蹤控制技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)出負(fù)載電流中需要補(bǔ)償?shù)闹噶铍娏鳎缓罂刂旗o止同步補(bǔ)償器向系統(tǒng)注入大小相同、方向相反的補(bǔ)償電流。

靜止同步補(bǔ)償器系統(tǒng)不僅需要對(duì)產(chǎn)生的無(wú)功電流進(jìn)行控制，使之跟蹤指令電流，發(fā)出滿足動(dòng)態(tài)補(bǔ)償要求的無(wú)功功率。而且為了保持補(bǔ)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(bǔ)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(qiáng)，當(dāng)調(diào)節(jié)交流輸出的同時(shí)必然會(huì)引起直流電容電壓的幅度變換，反之亦然。因此，需要對(duì)靜止同步補(bǔ)償器進(jìn)行解耦控制，才可以很好的調(diào)節(jié)無(wú)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(wú)功補(bǔ)償單元的脈沖觸發(fā)控制策略，脈沖觸發(fā)控制的效果會(huì)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償性能造成直接的影響。特別是針對(duì)大容量的三電平靜止同步補(bǔ)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(bǔ)償器補(bǔ)償效果已經(jīng)比較理想，補(bǔ)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(diǎn)電壓波動(dòng)也不大。但是在不平衡情況下，補(bǔ)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(duì)系統(tǒng)的不平衡的改善沒(méi)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(bǔ)償器在不平衡情況下具有良好的控制效果和補(bǔ)償性能，補(bǔ)償后三相電網(wǎng)電流變?yōu)榈膶?duì)稱了，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(yǔ)

35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器仍是今后研究的重點(diǎn)，35kV直掛鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器的現(xiàn)場(chǎng)研究是保證補(bǔ)償器正常運(yùn)行的關(guān)鍵，有效的無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著重要的意義。

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