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電力科研試驗

動態(tài)無功補償裝置(STATCOM)在電網(wǎng)中應用研究

時間：2008-09-24

摘要：負荷密集地區(qū)因缺乏快速動態(tài)無功支撐將面臨潛在的暫態(tài)電壓穩(wěn)定威脅。本文介紹了新一代動態(tài)無功補償器——靜止同步補償器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)的作用，并介紹了大型動態(tài)無功補償裝置STATCOM在電網(wǎng)應用中的關鍵技術——接入系統(tǒng)方式(是否采用專用變壓器接入)、接入系統(tǒng)電壓等級，安裝容量、單臺大容量STATCOM和多臺小容量的STATCOM(兩個方案總?cè)萘肯嗤?，等方面進行了詳細的分析。
　　關鍵詞：STATCOM;暫態(tài)穩(wěn)定;電壓穩(wěn)定;
　　0引言
　　電壓穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小的或大的擾動后，系統(tǒng)電壓能夠保持或恢復到允許的范圍內(nèi)，不發(fā)生電壓崩潰的能力[1]。一般認為，電壓失穩(wěn)主要由無功不足引起，而目前電網(wǎng)的發(fā)展使得這一問題變得更加嚴重。
　　基于大功率電力電子的柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC Transmission System，F(xiàn)ACTS)技術廣泛應用于電力工業(yè)，對增強電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性、提高輸電能力和用電效率、在節(jié)能及改善電能質(zhì)量等方面將發(fā)揮越來越重要的作用[2]。STATCOM 作為一種典型的FACTS 裝置，具有以下作用：① 當系統(tǒng)發(fā)生故障或突增負荷時，動態(tài)地提供電壓支撐，確保母線電壓的穩(wěn)定性，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平，減少低壓釋放負荷數(shù)量，并防止因暫態(tài)電壓崩潰導致的大面積惡性停電事故;② 動態(tài)地維持輸電線路端電壓，提高輸電線路穩(wěn)態(tài)傳輸功率極限，提高交直流遠距離輸電能力;③ 抑制系統(tǒng)過電壓，改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性;④ 阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩;
　　大城市負荷中心由于暫態(tài)電壓穩(wěn)定的條件惡化，對動態(tài)無功補償裝置有廣泛的需求，主要體現(xiàn)在：① 由于資源與環(huán)境等因素的限制，遠方區(qū)外供電比例加大，負荷區(qū)內(nèi)缺乏足夠的動態(tài)電壓支撐和動態(tài)無功儲備;② 空調(diào)比例增加，負荷變化隨機性加大，負荷事故時的調(diào)節(jié)特性變壞;③ 手動投切的補償電容比例過大，惡化嚴重故障時的電壓支撐能力;④ 電力電子技術的廣泛應用，很多負荷對電壓的靈敏度降低，不利于電壓的恢復。在用戶側(cè)，如冶金、鐵路牽引、化工/農(nóng)藥、風力發(fā)電以及有劇烈波動負荷的各個行業(yè)都需要加裝動態(tài)無功補償裝置來保證對用戶供電的穩(wěn)定性和可靠性。
　　1負荷模型
　　電壓穩(wěn)定與負荷模型關系密切，感應電動機負荷是其中極為要的一類負荷模型，目前在南方區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度中，使用較多的是靜態(tài)(ZIP)負荷模型，但此類負荷模型在使用中具有一定的局限性。基于對以往研究的總結，IEEE工作組，在1993[3]年和1995年[4]的兩份報告中，均推薦在研究電壓穩(wěn)定問題時考慮一定比例的動態(tài)負荷模型。文獻[5]介紹了美國1996年8月的事故仿真情況，其表明在加入了動態(tài)負荷模型后，才取得了與實際記錄曲線相一致的結果，并在討論中建議這樣才是最符合電力系統(tǒng)實際運行情況的負荷模型，指出ZIP的不同組合也能模擬出系統(tǒng)的某種狀態(tài)，但不適用于一般情況，文獻[6]在說明了電動機負荷的各種特性后，推薦在暫態(tài)電壓穩(wěn)定研究時應包括動態(tài)負荷。