摘要：隨著電力電子技術(shù)、微處理技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，柔**流輸電系統(tǒng)FACTS(F1exible AC Transmi S Sion System)的出現(xiàn)，為電力系統(tǒng)急待解決問題提供了新的手段或策略。靜止無功補(bǔ)償器(SVC)作為FACTS家族的成員之一，對電力系統(tǒng)性能的改善也已取得了可喜的成績。因此，從靜止無功補(bǔ)償器提高穩(wěn)態(tài)輸送容量、提高暫態(tài)穩(wěn)定性、增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼抑制低頻振蕩、緩解次同步諧振、預(yù)防電壓不穩(wěn)定或控制電壓的波動、改善直流輸電系統(tǒng)的性能等六個方面進(jìn)行綜述。
關(guān)鍵詞：靜止無功補(bǔ)償器 電力系統(tǒng) 性能
1引言
隨著電力電子技術(shù)、微處理技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，柔**流輸電系統(tǒng)FACTS(FlexibleACTransmissionSystem)的出現(xiàn)，為電力系統(tǒng)急待解決問題提供了新的手段或策略。靜止無功補(bǔ)償器(SVC)作為FACTS家族的成員之一，在提高電力系統(tǒng)傳輸容量和改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面已在我國取得可喜的成績。2004年11月，我國**套用于電力系統(tǒng)中的國產(chǎn)化SVC (100kvar)在東北電網(wǎng)鞍山紅一變投運(yùn)后，使鞍山受電斷面有功輸送能力提高4．4％。華中川渝系統(tǒng)正在設(shè)計和建設(shè)中的4臺SVC的總?cè)萘繛?70Mvar，建成后它們將使川渝斷面穩(wěn)定極限提高180Mvar，鄂渝斷面穩(wěn)定極限提高270Mvar。因此，較為詳細(xì)、深入地了解靜止無功補(bǔ)償器SVC(staticVatcompensator)變得更加必要，本文將靜止無功補(bǔ)償器從不同方面改善電力系統(tǒng)性能進(jìn)行介紹，并就怎樣改善電力系統(tǒng)的問題進(jìn)行較為深入、**的闡述。
2 靜止無功補(bǔ)償器對電力系統(tǒng)性能的改善
2．1提高穩(wěn)態(tài)輸送容量
如圖l所示，從同步發(fā)電機(jī)到無窮大母線的輸送功率為
假設(shè)
=V，在無補(bǔ)償?shù)妮旊娤到y(tǒng)上，穩(wěn)態(tài)*大輸送功率對應(yīng)于δ=900，即 設(shè)在輸電線路的中點安裝一個理想的SVC(即無功無限制)來補(bǔ)償，不管線路中的有功潮流有多大，都能維持中點電壓幅值恒定。因此，如圖l(b)流過發(fā)電機(jī)與SVC母線之間半條線路的功率為：
另一半條線路上的功率也可類似表示。假設(shè)
，因此輸電線路上的*大功率為: 圖1 單機(jī)無窮大母線系統(tǒng)(s?B)
裝設(shè)理想SVC后，使*人傳輸功率增大為無SVC情況的2倍，并在δ/2=900時到達(dá)。也即是SVC可以使穩(wěn)態(tài)功率極限加倍，并使同步電機(jī)與無窮人母線之間的穩(wěn)定相角從900增大到1800，如圖2。
為了維持電壓恒定，中點SVC提供的無功功率：
從圖2可知，將輸送功率加倍到2倍，SVC提供的無功容量為無SVC情況下*大輸送功率的4倍。所以，SVC以用來提高輸電線路的輸送能力，實際中還要受輸電線路熱穩(wěn)定性限制。
圖2 SMIB系統(tǒng)中線路有功和SVC無功的變化
2.2 提高暫態(tài)穩(wěn)定性
當(dāng)系統(tǒng)遭受突然的大擾動時，SVC也能夠大大提高系統(tǒng)保持同步的能力。以圖1的系統(tǒng)為例，設(shè)定兩系統(tǒng)傳輸功率相同，遭受同樣的故障，持續(xù)時間也相同，兩系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子角曲線如圖3。
從圖3可知，兩系統(tǒng)在δ2，δC2切除故障時，P＞PM，發(fā)電機(jī)減速，但由于轉(zhuǎn)子儲能，轉(zhuǎn)子角繼續(xù)增大到δ3。若δ3，δC3分別小于δmax，δCmax,系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行；若超出，則失穩(wěn)。轉(zhuǎn)子角的擺幅離*大極限越遠(yuǎn)(穩(wěn)定裕度Amargin≤Acmargin)，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性越好，所以具有SVC的系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性得到很大提高。
另外，純電壓控制的SVC將提高同步轉(zhuǎn)矩的系數(shù)，同步轉(zhuǎn)矩的系數(shù)也提高即電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定裕度增大，暫態(tài)穩(wěn)定性得到提高。
圖3SMIB中暫態(tài)穩(wěn)定裕度的轉(zhuǎn)子角曲線
2．3增強(qiáng)系統(tǒng)的阻尼抑制低頻振蕩
發(fā)電機(jī)振蕩的特性是由同步轉(zhuǎn)矩和阻尼轉(zhuǎn)矩決定，其中同步轉(zhuǎn)矩是在系統(tǒng)遭受大的擾動時以保證各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角不變即保證系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，其大小決定于振蕩的頻率。而阻尼轉(zhuǎn)矩影響振蕩衰減的時間，即使系統(tǒng)穩(wěn)定，阻尼轉(zhuǎn)矩不足，振蕩衰減時間很長。因此，通過采用適當(dāng)?shù)目刂品椒▽VC進(jìn)行控制，可以增大系統(tǒng)的阻尼轉(zhuǎn)矩。
以圖1的系統(tǒng)來說明原理，假設(shè)
，Vm為SVC所要調(diào)節(jié)到的電壓，流過發(fā)電機(jī)與SVC母線之間半條線路的功率為: 
（6）將式(6)線性化可得電功率的增量方程
又因系統(tǒng)的搖擺方程為：
對式(8)線性化后
當(dāng)輸入機(jī)械功率恒定時
當(dāng)送端電壓恒定時，△V=O，且將(7)代入(10)得，
式中：
表示SVC的作用，當(dāng)SVC嚴(yán)格恒壓調(diào)節(jié)時，△Vm =0，對應(yīng)式(11)的根落在虛軸上，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子角以頻率
作不衰減的振蕩。
為同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)。此時，SVC不向系統(tǒng)提供阻尼，如對SVC不采用恒壓控制，，而采用
的某個函數(shù)來調(diào)制，取
，代入式(11)， 對應(yīng)的特征方程為：
式(13)的根在S平面的左半部分，轉(zhuǎn)子角的任何振蕩都會隨時間而衰減。從上面分析可知改善系統(tǒng)阻尼的一個有效信號是母線頻率的變化量，因為它與轉(zhuǎn)子角振蕩的關(guān)系為：
SVC增加阻尼作用機(jī)理：若
，轉(zhuǎn)子加速并積聚動能，可以通過SVC的控制提高SVC端口電壓來緩解動能的積聚；若
，轉(zhuǎn)子減速，發(fā)電機(jī)的輸出功率必須被減下來，這可以用阻尼控制作用減小SVC的端口電壓來實現(xiàn)。 從上述分析可知，SVC的電壓控制對其阻尼控制能力影響是負(fù)的，即提高電壓控制力度將降低阻尼控制能力；又因電壓控制向系統(tǒng)提供同步轉(zhuǎn)矩，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定極限的能力并不隨電壓控制強(qiáng)度的增加而增加，所以在SVC中采用強(qiáng)的電壓控制是得不償失。
2．4緩解次同步諧振(SSR)
在IEEE Task ForceReport定義SSR為“串聯(lián)電容補(bǔ)償電輸電路自然頻率接近于汽輪發(fā)電機(jī)組扭轉(zhuǎn)
自然頻率的一個時，即引起電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)間的強(qiáng)耦合現(xiàn)象就是SSR”。
在用SVC緩解SSR時(常常安裝在機(jī)端)，選擇發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為控制信號，因為它包含了需要阻尼的所有原動機(jī)模式分量；在諧振時SVC具有電流放大功能，即如果SVC的無功電流被調(diào)制成與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度偏差錯相1800，就能保證產(chǎn)生正阻尼，也即是若轉(zhuǎn)子速度增加，SVC的無功電流就減小，反之亦然。這種控制與提高輸電能力而增強(qiáng)發(fā)電機(jī)阻尼控制是不同的。提高輸電能力而引入的阻尼控制在慣性頻率范圍0.1～2Hz；然而對抑制SSR的控制，產(chǎn)生的在較高的扭轉(zhuǎn)頻率范圍10～40Hz。
2．5預(yù)防電壓不穩(wěn)定或控制電壓的波動
SVC的電壓調(diào)節(jié)作用如圖4所示。
圖4SVG的電壓控制描述圖
當(dāng)SVC沒有被電壓調(diào)節(jié)時，SVC接入點的母線電壓為(如圖4(b))。
所以SVC電流產(chǎn)生一個與
反相的電壓降，
式(15)表示系統(tǒng)負(fù)荷曲線方程。從式(15) 也可知SVC在弱交流系統(tǒng)（
大)比在強(qiáng)（小)交流系統(tǒng)中的電壓控制效果好。 如圖4(c)，SVC動態(tài)特性曲線與系統(tǒng)負(fù)荷曲線的交點為SVC的穩(wěn)定工作點，所以區(qū)域內(nèi)的電壓控制作用如下，
當(dāng)切除一條線路或諸如電動機(jī)等設(shè)備需求無功增加等原因?qū)е码妷翰▌踊虿环€(wěn)定時，SVC都能成功地通過電壓調(diào)節(jié)來實現(xiàn)穩(wěn)定電壓功能。
2．6改善直流輸電系統(tǒng)的性能
SVC應(yīng)用到直流輸電系統(tǒng)時對其性能從三個方面進(jìn)行改善：
調(diào)節(jié)電壓：為了保持HVDC終端的額定電壓，需要無功功率支持，此時使用SVC可以平滑、快速而沒有開關(guān)次數(shù)限制地達(dá)到目的。
抑制暫態(tài)過電壓：當(dāng)HVDC系統(tǒng)由于甩負(fù)荷而引起暫態(tài)過電壓時，安裝有SVC的系統(tǒng)能很好地抑制過電壓。特別是使直流輸電系統(tǒng)在薄弱的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下具有更大的運(yùn)行靈活性。
支持大擾動后的恢復(fù)：電力系統(tǒng)中的事故對直流輸電系統(tǒng)的輸送能力具有消弱作用，導(dǎo)致部分或全部甩負(fù)荷。SVC的主要作用是穩(wěn)定電壓，從而能夠在故障切除以后極大地幫助直流輸電系統(tǒng)的快速恢復(fù)。
3 結(jié)束語
(1)隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大， 電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，其各項性能(如穩(wěn)定性、輸送容量、電壓穩(wěn)定性等)指標(biāo)也變得尤為重要。因此，必須采取不同措施來改變這些性能。比如采用先進(jìn)的控制方式、FACTS、和一些現(xiàn)場試驗等等。
(2)針對SVC改善系統(tǒng)性能之間的關(guān)系，以及相互影響等還待進(jìn)一步研究。如，在提供電壓支持，加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，是否也能抑制次同步振蕩或是象串聯(lián)補(bǔ)償裝置一樣，在某些同步頻率下誘發(fā)次同步振蕩的隱患，等等問題還待進(jìn)一步探討。
(3)本文就SVC對電力系統(tǒng)性能改善的機(jī)理深入分析，給T程設(shè)計、T程管理、現(xiàn)場維修等人員提供一定的理論依據(jù)。