DQZHAN技術(shù)訊：簡(jiǎn)析動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置STATCOM的動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備

今天帶給大家的是來(lái)自廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心有關(guān)團(tuán)隊(duì)的研究成果：STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備及其影響因素分析。STATCOM是一種連續(xù)可調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，相比其他無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備其響應(yīng)速度更快（小于20ms），調(diào)節(jié)范圍更寬（可發(fā)出容性和感性無(wú)功），是目前世界上*先進(jìn)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。

1研究背景

為提高廣東電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力，在500kV東莞變電站、水鄉(xiāng)變電站、北郊變電站、木棉變電站分別加裝了±200Mvar的鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器

（staticsynonouscompensator，STATCOM）（其暫態(tài)過(guò)負(fù)荷能力為300Mvar）。其中，水鄉(xiāng)變電站STATCOM是我國(guó)目前容量*大、直掛電壓等級(jí)*高、串聯(lián)級(jí)數(shù)*多（27個(gè)閥單元）的STATCOM。

STATCOM是一種連續(xù)可調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，相比其他無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備其響應(yīng)速度更快（小于20ms），調(diào)節(jié)范圍更寬（可發(fā)出容性和感性無(wú)功），是目前世界上*先進(jìn)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。具有快速響應(yīng)特性的STATCOM通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)電壓瞬時(shí)變化情況，迅速調(diào)出無(wú)功，從而達(dá)到及時(shí)控制系統(tǒng)電壓的目的，為受端電網(wǎng)提供快速動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，改變了廣東電網(wǎng)多回直流換相失敗后的電壓恢復(fù)特性。目前動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備的定義與評(píng)估仍有模糊和分歧，且多針對(duì)發(fā)電機(jī)等傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功源，并未考慮STATCOM等新興裝置的暫態(tài)動(dòng)作特性。面對(duì)復(fù)雜多變的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，如何評(píng)估STATCOM的動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備，并確保其儲(chǔ)備容量在暫態(tài)過(guò)程中按需釋放，給予系統(tǒng)*大程度的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，讓新技術(shù)在大電網(wǎng)運(yùn)行中“水土相符”，是當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行面臨的新課題。

2主要研究?jī)?nèi)容

2.1STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備的概念

動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備的目的是保證系統(tǒng)有足夠無(wú)功儲(chǔ)備以支撐故障過(guò)程中及故障切除后的系統(tǒng)電壓，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。不同故障下，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的無(wú)功儲(chǔ)備釋放能力不同。

傳統(tǒng)上，將STATCOM裝置的*大無(wú)功出力與當(dāng)前穩(wěn)態(tài)無(wú)功出力的差值定義為STATCOM裝置的動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備。

實(shí)際運(yùn)行中，受STATCOM裝置能力、故障類(lèi)型、短路點(diǎn)遠(yuǎn)近等因素制約，即使STATCOM裝置擁有足量無(wú)功儲(chǔ)備，也存在部分容量無(wú)法完全釋放的現(xiàn)象。傳統(tǒng)評(píng)價(jià)STATCOM無(wú)功儲(chǔ)備的方法已不適用。圖1為STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備的三維有效性概念示意圖。受裝置級(jí)、系統(tǒng)級(jí)因素的影響，電網(wǎng)遭受擾動(dòng)時(shí)，需要格外關(guān)注STATCOM暫態(tài)響應(yīng)的有效性、方向性和延續(xù)性。

圖1STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備的三維有效性

STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備有效性的概念為在各種故障形式下，STATCOM能發(fā)揮作用的無(wú)功儲(chǔ)備。與之相對(duì)的是無(wú)效動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備，即系統(tǒng)在遭受擾動(dòng)時(shí)，STATCOM沒(méi)有調(diào)用的無(wú)功儲(chǔ)備。進(jìn)一步，當(dāng)STATCOM在暫態(tài)響應(yīng)期間發(fā)出容性無(wú)功則為正向有效動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備，反之為負(fù)向有效動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備。延續(xù)性的概念是指在故障過(guò)程中及切除后，STATCOM裝置均保持無(wú)功輸出，而不是保護(hù)動(dòng)作閉鎖無(wú)功輸出。

2.2STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備影響因素

2.2.1系統(tǒng)級(jí)影響因素

實(shí)際運(yùn)行中，受裝置暫態(tài)控制策略、網(wǎng)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、開(kāi)機(jī)方式、負(fù)荷水平、容抗器投入、故障類(lèi)型等因素的影響，STATCOM的動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備是動(dòng)態(tài)變化的。一般地，系統(tǒng)故障后，電壓下降、負(fù)荷無(wú)功驟增、充電功率及離散無(wú)功補(bǔ)償無(wú)功驟降，故STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備方向多為容性。圖2為STATCOM輸出*大容量隨控制母線電壓變化曲線。

X軸表示STATCOM控制母線電壓（標(biāo)幺值）；Y軸表示STATCOM輸出*大容量，Mvar。

由圖2可以看出：

a)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生近端故障時(shí)（電網(wǎng)電壓小于0.5），STATCOM由電壓控制變?yōu)榱銦o(wú)功控制；當(dāng)電網(wǎng)電壓大于0.5時(shí)（認(rèn)為故障切除，電壓開(kāi)始恢復(fù)），立即恢復(fù)電壓控制，加速電網(wǎng)電壓的恢復(fù)。

b)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生遠(yuǎn)端故障時(shí)（電網(wǎng)電壓大于0.5小于0.9），STATCOM放開(kāi)±300Mvar暫態(tài)無(wú)功輸出限幅，*大能力地釋放動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備。

c)當(dāng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)到0.9～1.1，并持續(xù)100ms，STATCOM無(wú)功限幅逐漸減小至±40Mvar穩(wěn)態(tài)輸出限幅，開(kāi)始進(jìn)行無(wú)功儲(chǔ)備。

可見(jiàn)，故障點(diǎn)距離STATCOM電氣距離遠(yuǎn)，且故障類(lèi)型不接地，受控母線電壓跌落幅度小、速率慢，STATCOM不易進(jìn)入暫態(tài)模式。針對(duì)此類(lèi)“遠(yuǎn)端不接地”故障集的STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備有限，±300Mvar的裝置*大容量不易釋放。相反地，若STATCOM近區(qū)發(fā)生故障，受控母線電壓跌落幅度大、速率快，STATCOM易進(jìn)入暫態(tài)模式，瞬間調(diào)出±300Mvar*大無(wú)功儲(chǔ)備。

由上述分析可知，系統(tǒng)遭受擾動(dòng)下的受控母線電壓跌落特性是決定STATCOM有效動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備的關(guān)鍵因素。但是，大電網(wǎng)的故障形式多樣，不同故障集對(duì)應(yīng)的電壓跌落特性也各有不同，故認(rèn)為這部分影響因素為不可控部分。

2.2.2裝置級(jí)影響因素

STATCOM裝置在異常工況尤其是三相電壓不平衡時(shí)的運(yùn)行區(qū)域是決定STATCOM穩(wěn)定運(yùn)行的根本性因素。受控母線電壓嚴(yán)重突降或電壓三相不平衡都有可能導(dǎo)致STATCOM裝置本體直流側(cè)電容過(guò)壓或環(huán)內(nèi)閥組過(guò)流，進(jìn)而裝置閉鎖，退出運(yùn)行。STATCOM在穩(wěn)、暫態(tài)模式切換過(guò)程中發(fā)生的過(guò)流和超調(diào)是在裝置控制器參數(shù)設(shè)定過(guò)程中需要格外注意的問(wèn)題。制約STATCOM有效動(dòng)態(tài)無(wú)功因素歸納結(jié)果如圖3所示。

圖3STATCOM無(wú)功釋放制約因素

3結(jié)論

a)由于電網(wǎng)發(fā)生電壓崩潰的主要原因是缺乏容性動(dòng)態(tài)無(wú)功、電壓跌落，因此大多數(shù)場(chǎng)合STATCOM的動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備方向應(yīng)為容性。

b)為留出盡可能多的動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備，一般需要投入站內(nèi)并聯(lián)電容器組，該類(lèi)設(shè)備在電壓跌落時(shí)輸出無(wú)功按平方關(guān)系遞減。因此，在有條件的場(chǎng)合，穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)盡可能把變電站母線電壓調(diào)到較高的水平。

c)優(yōu)化控制器參數(shù)，減小穩(wěn)態(tài)模式切換到暫態(tài)模式時(shí)的過(guò)渡過(guò)程的過(guò)流和超調(diào)。

d)STATCOM應(yīng)針對(duì)非對(duì)稱(chēng)工況設(shè)計(jì)合理的電流控制策略，防止由于電網(wǎng)電壓不平衡引起裝置過(guò)流及閉鎖。