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電力科研試驗

動態無功補償裝置(STATCOM)在電網中應用研究

時間：2008-09-24

摘要：負荷密集地區因缺乏快速動態無功支撐將面臨潛在的暫態電壓穩定威脅。本文介紹了新一代動態無功補償器——靜止同步補償器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)的作用，并介紹了大型動態無功補償裝置STATCOM在電網應用中的關鍵技術——接入系統方式(是否采用專用變壓器接入)、接入系統電壓等級，安裝容量、單臺大容量STATCOM和多臺小容量的STATCOM(兩個方案總容量相同)，等方面進行了詳細的分析。
　　關鍵詞：STATCOM;暫態穩定;電壓穩定;
　　0引言
　　電壓穩定是指電力系統受到小的或大的擾動后，系統電壓能夠保持或恢復到允許的范圍內，不發生電壓崩潰的能力[1]。一般認為，電壓失穩主要由無功不足引起，而目前電網的發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(Flexible AC Transmission System，FACTS)技術廣泛應用于電力工業，對增強電力系統運行的穩定性和安全性、提高輸電能力和用電效率、在節能及改善電能質量等方面將發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 當系統發生故障或突增負荷時，動態地提供電壓支撐，確保母線電壓的穩定性，提高電力系統暫態穩定水平，減少低壓釋放負荷數量，并防止因暫態電壓崩潰導致的大面積惡性停電事故;② 動態地維持輸電線路端電壓，提高輸電線路穩態傳輸功率極限，提高交直流遠距離輸電能力;③ 抑制系統過電壓，改善系統電壓穩定性;④ 阻尼電力系統功率振蕩;
　　大城市負荷中心由于暫態電壓穩定的條件惡化，對動態無功補償裝置有廣泛的需求，主要體現在：① 由于資源與環境等因素的限制，遠方區外供電比例加大，負荷區內缺乏足夠的動態電壓支撐和動態無功儲備;② 空調比例增加，負荷變化隨機性加大，負荷事故時的調節特性變壞;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，如冶金、鐵路牽引、化工/農藥、風力發電以及有劇烈波動負荷的各個行業都需要加裝動態無功補償裝置來保證對用戶供電的穩定性和可靠性。
　　1負荷模型
　　電壓穩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，目前在南方區域內的電網規劃和調度中，使用較多的是靜態(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定問題時考慮一定比例的動態負荷模型。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的某種狀態，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，推薦在暫態電壓穩定研究時應包括動態負荷。