并联无功补偿教学课件

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❖ 与静止无功补偿器SVC相比, SVG给系统提供电压 支持、提高系统稳定性的作用更有效,尤其在系统 故障的情况下, SVG进行电压维持、防止电压崩溃、 提高系统暂态稳定性和抑制系统振荡的作用效果较 静止无功补偿器SVC更加明显。
1.2 SVG的拓扑结构
❖ SVG的基本结构是由可关断电力电子器件构成的DC/AC 逆变器。
—— 静止无功发生器
❖STATCOM —— Static Synchronous
com-pensator
P193
——静止同步补偿器
(固态同步电压源)
❖ 2002年IEEE统一为STATCOM,中国习惯 称呼SVG,ASVG
一、SVG与STATCOM的功能定义
❖ SVG—既能向系统提供无功,又能从系统吸收 无功,且与系统的无功功率交换量可以是任 意的。
3.4 补偿电容器运行中的问题
❖ 1. 电容器允许的过电压 ❖ 2. 电容器允许的过电流 ❖ 3. 谐波与谐振 ❖ 4. 切断补偿电容器时的过电压 ❖ 5. 补偿电容器的放电
3.4.1 电容器允许的过电压
❖ 因电容器输出的无功功率及内部有功损耗均与运行电压的平 方成比例,当运行电压超过其额定值时,电容器过负荷运行, 温升增高,极易损坏,所以须严格限制其最高运行电压。
❖ STATCOM—功能上类似于能产生三相正弦对称 电压的旋转同步电机。即可与系统进行无功 交换,也可同时与系统进行有功交换。
1.1、 SVG的基本功能
❖ SVG作为无功补偿装置,既可向系统提供感性无功, 也可向系统提供容性无功。
❖ SVG向系统提供的容性无功不象静止无功补偿器SVC 那样受系统电压的影响,可以在任何系统电压条件 下,输出额定的无功功率。
❖ TCR - Thyristor-Controlled Reactor - 晶闸管控制的电抗器
❖ FC - Fixed Capacitor - 滤波电容器(固定电容器)
三、SVC的主要内容
❖ 动态无功补偿的应用背景及应用范围 ❖ 无功补偿的基本原则及方法 ❖ SVC的基本工作原理
SVC的基本组成及原理,TSC/TCR/FC ❖ SVC在我国的应用情况及发展趋势
10.5kV系统,补偿电容器从电网上切除时,屡发 损坏事故。
3.4.5 补偿电容器的放电
❖ 为对补偿电容器进行维护,保证工作 人员安全,电容器退出运行后,要有 相应的放电措施。
SVG or STATCOM
静止无功发生器 or 静止同步补偿器
❖SVG —— Static var Generator
并联无功补偿设备
主要有两大类:
❖无源型无功补偿器:SVC
静止无功补偿器
❖有源无功补偿器:SVG(STATCOM)
静止无功发生器
静止无功补偿器
Static Var Compensator Controller
一、SVC的主要作用及现状
❖ 提高负载和系统的功率因数,减少设备的功率损耗, 稳定电压,提高供电质量。在长距离输电中,提高 系统输电稳定性和输电能力,平衡三相负载的有功 和无功功率等。
❖ 电容器运行时引起过电流的原因: 1、电容器的电容值有正偏差 2、运行电压高于电容器的额定电压 3、电网中的谐波电压 4、电网运行频率高于额定频率 5、故障或操作引起的暂态过电压
3.4.3 谐波与谐振
❖ 电网中存在着各种频率的高次谐波源,对电容器危害极 大。为保护补偿电容器免受高次谐波的损害,通常在电 容器回路串联一组电抗器,使其回路总阻抗在各次谐波 下均呈感性。
铁路牵引变电站,电弧炉,油国,轧钢厂, 铝厂,整流负荷等(大功率交交变频)
❖ 用户侧无功补偿(380V线路末端补偿)
减少380V系统中的无功电流分量,降低线损, 提高电能质量
3.2 无功补偿基本原则及方法
❖ 负荷侧的无功经常变化,固定无功补偿不能稳定母线电压。
❖ 如果保证系统中某些母线处的无功量恒定或恒定接近于零, 就能消除由负荷变化引起的母线电压波动。
3.1 应用背景
❖ 长距离输电的功角稳定 ❖ 负荷中心的电压稳定 ❖ 直流输电系统无功补偿(换流站需约所
传输功率60%的动态无功补偿) ❖ 冲击性负荷侧补偿,提高电能质量
工业电弧炉、电力机车、轧钢机等; 与交交变频的配合使用。
3.1 应用范围
❖ 110-500kV变电站 – 输电系统补偿 ❖ 380-10kV配电网 ❖ 冲击负荷(无功负荷大、有谐波分量)
❖ 六种方式:固定容性、固定感性、可变容性、 可变感性、固定容性+可变感性、可变容性+ 可变感性。常用后两种。
二、SVC的基本型式
TCR
FC
TCR TSC
FC
TCR+FC型
TCR+TSC+FC型
二、SVC的基本型式
❖ TSC - Thyristor-Switched Capacitor - 晶闸管投切的电容器
统之间有了给予,过程结束时,SVG储能改变。 ❖ SVG与系统之间进行有功交换时,SVG获得有功,直流电容电
压升高; SVG送出有功,直流电容电压下降。 ❖ 为方便控制计算,通常控制SVG的直流电容电压恒定。
1.3.1 SVG的工作原理相量图
单相等值电路相量图
动画曲线1,动画曲线2
1.3.2 SVG的优越性
Qc
QS
Qr
4U 2 X
(1 cos )
2
线路中点并联补偿
P
jX I sm / 2
Um U sm
jX I mr / 2 U mr
Us
I sm
I mr
Ur
/2 /2
Pcm
V 2 sin X2
2
Pm
V2 X
sin
δ
/2
线路中点并联补偿
结论:
线路中点是输电线 电压幅值下降的最大点。 线路中点并联无功补偿可以最大限度地提高 线路的输送能力,前提是补偿装置能提供快速 和大量的无功功率以维持补偿点处的电压。 补偿点不在中点处,由输电线分段长度大的 一侧决定输送容量。 如果在输电线上等分设置补偿点,线路输送 能力提高倍数理论上近似为线路分段数。
4.给系统提供电压支持; (电能质量)
5.改善系统动态特性;
6.通过控制潮流,阻尼系统振荡;
主要功能:潮流控制,提高系统稳定性, 提高系统的输送能力。
安装位置:受电端;长输电线中间。
系统动态指标
1.过渡过程时间ts :给定允许偏差(0.005pu)
2.超调σ:过渡过程偏离稳态值的最大%
3.振荡次数:ts时间内的振荡次数
LOAD
U U0
TSC1 TSC2 TSC3
超前
0
滞后
3.3.2 TCR - 晶闸管控制的电抗器
LOAD
U U0
TCR
FC
超前 0
I 滞后
BL ( )
2
2
sin XL
2
动画曲线
3.3.3 SVC的控制
❖ 1. 固定补偿电容器组FC的控制 ❖ 2. 晶闸管控制电抗器TCR的控制 ❖ 3. 晶闸管投切电容器TSC 的控制
❖ 2、逆变器根据它的两个控制参量Qf和Pf来确定它的输出
电压的幅值和相位,从而控制SVG与系统之间的有功和无 功交换。
❖ 3、当逆变器的输出电压与系统电压同相位时,即控制参
量Pf 为零而Qf不为零时,SVG只与系统进行无功交换,而
没有有功交换。
❖ 4、当系统与SVG之间没有有功交换时,在理想情况下, 逆变器的直流电容电压保持不变。
3.并联补偿的分析计算简便;(电流源,对角线)
4.并联补偿适合电流补偿,对接入点附近效果 显著,最适合电力部门;
5.并联补偿承受接入点全部电压,输出补偿量 受接入点系统电压控制。
并联无功补偿
对系统的作用:
P146
1.向系统注入或吸收无功,改变系统阻抗特性;
2.提高系统静态稳定性;
3.提高系统动态稳定性; (快速补偿控制)
并联无功补偿
SVC&SVG (STATCOM)
华北电力大学 谭伟璞
无功补偿方式
按补偿设备接入系统的方式, 分为:
❖并联补偿 ❖串联补偿 ❖混合补偿
并联无功补偿
特点:
P146
1.一个接入系统点,另一端接地或为悬浮中性 点,投切方便;
2.不改变系统主要结构,控制并联补偿量,在 系统正常运行时,做到无冲击投切;
电压
1.0
SVC
SVG
电容器允许的最高运行电压表
运行电压/额定电压
最长持续运行时间
1.10
连续运行
1.15
24小时内不超过30分钟
1.20
5分钟
1.30
1分钟
3.4.2 电容器允许的过电流
❖ 电容器的过电流包括与最高允许运行电压成比例的输 出无功过电流及由电网中谐波通过它引起的放大过电 流两部分。所以,过电流的限额比过电压的限额要高。 我国规定:电容器长期允许的工作电流为额定电流的 1.3倍。
❖ 串联电抗器的选取原则:
nL
1
nC
;
XL
L;
XC
1
C
其中:XL与X C皆为工频阻抗, n为谐波的次数
XL / XC = K/n2 = 称为调谐度或补偿度
K为安全系数,一般取:1.2 — 1.5
的取值:对于三次,取12%;对于五次取5%。
3.4.4 切断补偿电容器时的过电压
切断电容器时的过电压最高可达 电容器运行电压的三倍
1.3 SVG的工作原理
❖ 5、当SVG只与系统进行无功交换时,逆变器的输出电压幅值 大于系统电压幅值时,SVG向系统注入无功;逆变器的输出 电压幅值小于系统电压幅值时,SVG从系统吸收无功。
❖ 6、当逆变器的输出电压与系统电压相位不同时,即控制参
量Pf 不为零,此时SVG将与系统之间进行有功交换。
❖ 逆变器主电路由直流电源、可关断电力电子器件构成 的三相桥式电路(或三组可关断电力电子器件构成的 单相桥式电路)、保护电路等辅助环节
❖ 逆变器控制电路一般由CPU控制单元、信号检测环节、 驱动电路、显示报警单元等构成
❖ 与系统连接的中间环节
❖ SVG按逆变器主电路直流电源是电压源形式或 电流源形式分成两大类
❖ SVG实质上是作为一个储能单元在工作的。 ❖ SVG与系统进行无功交换和有功交换时,可以看作是系统对
应于所要求的运行状态能量不平衡,由SVG来平衡缓冲。 ❖ 当SVG只与系统进行无功交换时,相当于SVG储存的能量与系
统之间交替吐纳,过程结束时,SVG储能不变。 ❖ 当SVG只与系统进行有功交换时,相当于SVG储存的能量与系
❖ 负荷变化率(由零到额定值)在1S以上的,采用调相机。负 荷变化率在1S以下的,采用调相机很难胜任,需采用静补。
❖ 补偿原则:
Q Q (t) Q (t) 0 或C
1
F
C
❖ 其中:Q1为线路注入变电站母线的无功,QF(t)为无功负 荷,QC(t)为无功补偿装置提供的补偿量。
❖ 通常采用欠补偿或全补偿,以欠补偿为主。
❖ 7、当SVG与系统进行有功交换时,逆变器的输出电压的相位 超前于系统电压相位时,SVG向系统注入有功;逆变器的输 出电压相位滞后系统电压相位时,SVG从系统吸收有功。
❖ 8、当SVG与系统进行有功交换时,逆变器的直流电容电压将 发生变化,需对逆变器的直流电容电压进行控制。
1.3 SVG的工作特点
U S S
X
U r r
P
系统输送功率: P=UsUrsinδ/X
线路中点并联补偿
设线路始末端及中点电压数值相等:

系统1 U s X / 2

X / 2 U r系统2
理想补偿 (P=0)
P148
则:
PS
Pr
U2
sin X /2 2
补偿装置: Pc 0
U2
QS
Qr
X
(பைடு நூலகம் cos )
/2
2
1.2.1 SVG的系统示意图
❖ SVG的基本结构:由可关断电力电子器件构成的电压源型 DC/AC逆变器,与系统的接线示意图如下图所示。
逆变器
1.2.2 SVG的拓扑结构图
❖ 逆变器的拓扑结构有两种:电压源型和电流源型。
实用中一般采用电压源型。
1.3 SVG的工作原理
❖ 1、SVG的逆变器可发出与系统电压同频率且三相对称的 正弦电压,而且可对此三相电压的幅值和相位进行快速 的调节和控制。
核心问题:补偿地点、补偿容量。
3.3 SVC的基本工作原理
一、基本组成: 1、FC+TCR 2、FC+TSC+TCR
二、工作模式: 1、FC提供无功补偿的基本量 2、TSC、TCR提供无功补偿的连续平滑调
节量 三、与SVC配套,需加装滤波装置或采用相应的
滤波措施
3.3.1 TSC - 晶闸管投切的电容器
❖ 国内电网采用的补偿技术主要是电容集中补偿与就 地补偿。就地补偿技术主要适用于负荷稳定,不可 逆且容量较大的异步电动机补偿(如风机、水泵等), 其它各种场合仍主要采用集中补偿技术。
❖ 由于性价比较高,目前我国广泛使用的是静止补偿 器(SVC)。
二、SVC的基本型式
❖ 利用电容器和电抗器组成可提供感性或容性无 功补偿的装置,能平滑控制动态无功功率。
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