【正文】 10月投運(yùn)。 目前國內(nèi)外已研制的大功率 ASVG 裝置 多 采用 GTO 器件，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及對(duì)供電質(zhì)量要求的提高， GTO 開關(guān)頻率已經(jīng)不能滿足要求，為減少諧波和提高容量，必須采用變壓器曲折連接方式，這樣使電路設(shè)計(jì)復(fù)雜化，且保護(hù)電路難以有效工作，新型功率器件如 IGBT、 IGET 具有很多優(yōu)點(diǎn)：飽和壓降低、安全工作區(qū)寬、驅(qū)動(dòng)功率地和工作頻率高等。 11 在單電源串晶閘管帶 純電阻 負(fù)載 的 電路中 ， 由于 觸發(fā)角α的存在，當(dāng)電源電壓波形為正弦時(shí)，流經(jīng)電阻的電流波形發(fā)生了畸變。只存在電源向負(fù)載傳送功率，即不出現(xiàn)電源 負(fù)載間的能量交換。 有功功率 P、無功功率 Q 和視在功率 S 之間的關(guān)系為 ： 12 22 QPS ?? 而電力網(wǎng)的功率因數(shù)為 SP??cos 功率因數(shù)的物理意義是線路的視在功率 S 供給有功功率的消耗所占百分?jǐn)?shù)。 投入電容補(bǔ)償后，流過變壓器繞組中的電流減少，故繞組的有功損耗也相應(yīng)減少。除去電阻性元件中的能量消耗，所有能量耦合設(shè)備，包括變壓器和能量轉(zhuǎn)換裝置，都是根據(jù)它們儲(chǔ)存和示范能量的能力來運(yùn)行的。圖 展示了一個(gè)常用的功率三角形。并聯(lián)電抗器通常是有空氣間隙的電抗器，有時(shí)是空心電抗器。 在兩點(diǎn)之間具有多條潮流通路的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，帶串聯(lián)補(bǔ)償?shù)妮旊娋€路可以成為主要的潮流通路。在無功補(bǔ)償并設(shè) sV = rV =V 時(shí)，功率方程為 2c os22s inXVs inXVP 1212 ??? ?? 由電壓的向量方程和圖 的向量圖可得 17 2sinX2VI 11 ?? 2/X I 2/X I ??sV 2/Vm ?? 0r 0V ? 2/? ??? VV s II XjIII 0r 0VV ?? a 2/X I 2/X I ??? VVs 0r 0V ??IX?? II II ??II II ?? )X)(XIj ( I IIII ???? 0r 0VV ????? VVs b 圖 短距離對(duì)稱線路的串聯(lián)補(bǔ)償 如果通過插入一個(gè)串聯(lián)電容器來控制線路的等效電抗，并使線路的端電壓保持不變，那么，線路電抗 IX? 的變化就會(huì)導(dǎo)致線路電流 I? 的變化，即 1111211 xXIX2s inX2VI ??????? ? 因此，根據(jù)式 可得，輸送功率的相應(yīng)變化為 1212 X2c os22s inXVP ???? ?? 利用式 和式 2. 19，式 可以寫成 ）（ 211 IX22 ta n1P ???? ? 由于 1X?? 時(shí)由串連電容器加入 的電抗，因此 211IX? = seQ? 就表示串聯(lián)電容器發(fā) 18 出的功率值。由于 ASVG 裝置產(chǎn)生的電壓 IU? 的大小可以連續(xù)快速的控制，因此 ASVG 吸收的無功功率可以連續(xù)的由正到負(fù)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。圖 27給出了單相橋電路各個(gè)可關(guān)斷器件的觸發(fā)脈沖及時(shí)序關(guān)系。 （ 1） 當(dāng) ???? ???? 2kt0 及 ?????? 22kt2 ????? 時(shí)有 G1=1， G2=1， G3=0， 23 G4=0 可見只有 G1 和 G2 可能導(dǎo)通， G3 和 G4 關(guān)斷， G1 與 V2 或 G2 與 V1 構(gòu)成不過電容 C 的短路環(huán)，此時(shí)單相橋處于短路狀態(tài)。 下面根據(jù)單相電路 24 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化分別列出其微分方程及解如下，并作出如下假定： （ 1） 單相橋從拓?fù)錉顟B(tài)（ a）開始運(yùn)行，且 ????0 。 基于上面的假設(shè) 及單相橋輸出電壓的分析，將多個(gè)單相橋的輸出電壓 )t(uLR按 一定規(guī)律 串連起來，取其基波，可以得到 ASVG 裝置逆變器總的輸出電壓為 ???????????????)/32ts i n(U2)/32ts i n(Ku)t(u)/32ts i n(U2)/32ts i n(Ku)t(uts i nU2)ts i n(Ku)t(uIdcIcIdcIbIdcIa??????????????? 241 其中， K 為比例系數(shù)， ? 為 ASVG 輸出電壓與同步信號(hào)采樣點(diǎn)系統(tǒng)電壓的夾角，為可控量。由式 258 可知，當(dāng) 0?? 時(shí)， ASVG 輸出的無功功率為負(fù)，相當(dāng)于感性，當(dāng) 0?? 時(shí) ， ASVG 輸出的無功功率為正，相當(dāng)于電容；只要 0?? ， ASVG輸出的有功功率為負(fù)，裝置本身消耗有功功率。 B． ASVG 裝置的時(shí)域數(shù)學(xué)模型 圖 210 為 ASVG 裝置原理接線圖，可利用輸入輸出建模方法來建立 D C / A C變 換 器L R三 相 交流 系 統(tǒng)sUIUdcu i 圖 210 ASVG 裝置 的原理接線圖 ASVG 裝置的數(shù)學(xué)模型，再建模之前先對(duì) ASVG 裝置作如下假設(shè)： 27 （１）將 ASVG 裝置中各種損耗及電阻包括開關(guān)器件的導(dǎo)通電阻用等效電阻Ｒ 表示，連接變壓器閥側(cè)至同步信號(hào)采樣點(diǎn)的電感Ｌ。無論整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài)，電路拓?fù)湟粯?，?是經(jīng)過電容 C 形成回路。根據(jù)觸發(fā)脈沖的情況可以分析一周期內(nèi)各關(guān)斷器件的導(dǎo)通狀態(tài) 及單相橋電路的工作狀態(tài)。 dE+G 1G 2G 3G 4V 1V 3V 2V 4)t(u LR+ 圖 26 單相橋電路 由于單相橋電路是 構(gòu)成 ASVG 裝置的基礎(chǔ)，而且三相橋工作原理也與它類似，本節(jié)將從單相橋電路的工作原理著手，對(duì) ASVG 裝置進(jìn)行分析。整個(gè) ASVG 裝置相當(dāng)于一個(gè)電壓大小可以控制的電壓源。 對(duì)輸送功率的影響 考慮串聯(lián)補(bǔ)償時(shí)總會(huì)將它與并聯(lián)補(bǔ)償相比較，而通過對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的分析就能基本了解并聯(lián)和串聯(lián)補(bǔ)償對(duì)輸送能力的影響。線路吸收的無功功率依賴于線路 電流，一次采用串聯(lián)電容器補(bǔ)償時(shí)，其無功補(bǔ)償量會(huì)自動(dòng)與線路電流成正比的調(diào)整。圖 所示為連接在長距離高電壓交流輸電線路上并聯(lián)電抗器的接線方式。事實(shí)上無功功率是所有交流電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分。交流電網(wǎng)以及接在交流電網(wǎng)上的電氣一旦通電，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與所加交流電壓相關(guān)的時(shí)變電場(chǎng)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與所流經(jīng)電流相關(guān)的時(shí)變磁場(chǎng)。 當(dāng)線路通過電流 I 時(shí)，其有功損耗為 32 103 ???? RIP 或 322 2 10c os3 ???? ?U RPP 可見，線路有功損耗 P? 與 ?2cos 成反比， ?cos 越高 ， P? 越小。因此，解決無功補(bǔ)償問題，對(duì)電網(wǎng)降低損耗、節(jié)省能源、提高電能質(zhì)量有著極為重要的意義。進(jìn)一步看，在 0~α范圍內(nèi)，瞬時(shí)功率為 0，即電源停止傳輸功率。 當(dāng)供電負(fù)載為感性時(shí)，功率因數(shù)小于 1，此外，在半導(dǎo)體應(yīng)用系統(tǒng)中，觸發(fā)角α的變化將引起電力網(wǎng)的電流畸變。 電力電子技術(shù)的發(fā)展使得 ASVG的工程應(yīng)用研究也出現(xiàn)了 2個(gè)明顯趨勢(shì)，一是不斷采用新器件，如 IGBT， IGET等，另一方面是向中低壓配電網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展，旨在提高用戶側(cè)的電能質(zhì)量。80MVA 的 ASVG 裝置，與 1991 年在犬山變電站投運(yùn)。內(nèi)環(huán)控制器的基本任務(wù)是產(chǎn)生一個(gè)同步的驅(qū)同，從而在變流器 的輸出電流和無功功率指令之間建立一種線性的關(guān)系，外環(huán)控制器用于提供內(nèi)環(huán)控制器所需要的無功功率參數(shù)值。另一方面向中低壓配電網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展，旨在提高用戶側(cè)的電能質(zhì)量。 現(xiàn)在 ASVG在工程應(yīng)用方面已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展和進(jìn)步。因此 SVC 最大的感性范圍與相對(duì)較小的用于平滑無功功率的 TCR 的容量一致。 U ( t )LC TSC 型補(bǔ)償器原理圖 TSC 補(bǔ)償器可以很好的補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無功功率，如果級(jí)數(shù)分得足夠細(xì)化，基本上可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)。 TSC 用于三相電網(wǎng)中可以是三角形連接，也可以是星形連接。這種具有 TCR 型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。增大觸發(fā)角即 可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，這樣就會(huì)減小補(bǔ)償電流中的基波分量，所以通過調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無功分量，達(dá)到調(diào)整無功功率的效果。早在 1967 年，這種裝置就在英國制成，后來美國通用電氣公司（ GE）也制成了這樣的靜止無功補(bǔ)償裝置［ 1］，但是由于這種裝置中的飽和電抗器造價(jià)高，約為一般電抗器的 4 倍，并且電抗器的硅鋼片長期處于飽和狀態(tài)，鐵心損耗大，比并聯(lián)電抗器大 2～ 3 倍，另外這種裝置還有振動(dòng)和噪聲，而且調(diào)整時(shí)間長，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度慢，由于具有這些缺點(diǎn)，所 有飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償器目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線路才有使用。新型 ＡＳＶＧ 裝置是 SVC 的改進(jìn)型，其無功電流不依賴于電壓，因而在系統(tǒng)電壓低時(shí)調(diào)節(jié)能力比 SVC 強(qiáng)，國外已經(jīng)有多臺(tái)工業(yè)裝置在電力系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè) 運(yùn)行，我國自行研制的177。另外 FACTS 裝置還可以逐漸的加入現(xiàn)行電力系統(tǒng)，與現(xiàn)有的交流輸電系統(tǒng)完全兼容，因此 FACTS 概念一經(jīng)提出就立即受到廣泛重視 。這就使輸電系統(tǒng)的能力沒有被充分利用，經(jīng)濟(jì)性差。 1 第 1章 緒論 FACTS及各種 FACTS裝置 多年來電力工作者已達(dá)成共識(shí)：提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平和電能質(zhì)量，除電網(wǎng)結(jié)構(gòu)本身要和例外，還必須要有先進(jìn)的調(diào)節(jié)控制手段。因此，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)問題通常是通過過分保守的設(shè)計(jì)，留有較大的穩(wěn)定儲(chǔ)備來加以解決，以應(yīng)付一些預(yù)想的系統(tǒng)緊急狀態(tài)。另一方面又將電子技術(shù) 引入電力系統(tǒng)，形成了以變流器為核心的新型控制設(shè)備，如靜止同步補(bǔ)償器（ ＡＳＶＧ ），從而使電力系統(tǒng)中影響潮流分布的三個(gè)電氣參數(shù)：電壓、線路阻抗及功率角可按系統(tǒng)的要求迅速調(diào)整。 目前電力系統(tǒng)中應(yīng)用最多的 FACTS 設(shè)備是靜止無功補(bǔ)償器（ SVC），世界上以投運(yùn)或即 將投運(yùn)的 SVC 數(shù)目已超過 500 臺(tái)，我國運(yùn)行于 500kV 電網(wǎng)的 SVC 也有 5臺(tái)，而應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的 SVC 裝置更多。這類裝置組成的靜止無功補(bǔ)償裝置屬于第一批靜止補(bǔ)償器。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式： BL＝ BLmax（δ－ sinδ）／π和 BLmax＝ 1／ XL 可知。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為 TCR 與固定電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器（ TCR＋ FC）和 TCR與斷路器投切電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器（ TCR＋ MSC）。兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管只是將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的沖擊電流。這種補(bǔ)償裝置為了保證更好的投切電容器，必須對(duì)電容器預(yù)先充電，充電結(jié)束之后再投入電容器。電容器可以分級(jí)投切，但在