电力系统无功及电压稳定性的研究与分析(6)

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调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性，它的有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的1.5%~5%，容量越小，百分值越大。小容量的调相机每千伏安容量的投资费用也较大，故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。在我国，同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。随着新一代无功补偿装置SVC、SVG的出现，同步调相机将有被拆除和被取代的可能。

三． 静电电容器

静电电容器可按三角形或星形接法连接在变电所母线上。它供给的无功功率值与所在节点的电压U的平方成正比，即

式中，

为静电电容器的容抗。

当节点电压下降时，它所供给系统的无功功率将减少。因此，当系统发生故障或由于其他原因电压下降，希望电容器输出无功增加以维持母线电压时，电容器输出的无功反而减少，所以电容器对系统的无功功率调节性能比较差。

静电电容器的容量可大可小，而且即可集中使用，又可以分散装设就地供应无功功率，以降低网络的电能损耗。电容器每单位容量的投资费用较小且与总容量的大小无关，与其他无功补偿装置相比，在投资费用上存在数量级的差别。其运行功率损耗只有额定容量的0.3%~0.5%。此外由于它没有旋转部件，维护也较方便。为了在运行中调节电容的功率，还可以将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除，由于静电电容器具有上述多种优点，因此在电力系统中得到了广泛的应用。

四． 静止补偿器

静止补偿器全称为静止无功功率补偿器（SVG），出现在70年代初，可谓灵活交流输电“家族”的最早成员。

静止补偿器有各种不同型式。目前常用的有晶闸管控制电抗器型（TCR型）、晶闸管开关电容型（TSC型）和饱和电抗器型（SR型）三种，分别如图（A）、（B）、（C）所示。它们的静态电压特性（伏安特性），则分别示于图（a）、（b）、（c）。

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TCRCCTSCSRCC 静止无功补偿器（A）TCR型；（B）TSC型；（C）SR型

TCR型补偿器由TCR和若干组不可控电容器组成。与电容C串联的电感构成串联谐振回路，兼作高次谐波的滤波器，滤去由TCR产生的5、7、11······等次谐波电流。仅有TCR时，补偿器的基波电流如图1-17（a）中点划线所示，其值取决于晶闸管的触发角，而后者又取决于设定的控制规律和系统的运行状况等。仅有电容器C时，补偿器的电流如图中虚线所示，即随其端电压的增大而增大。TCR与电容器同时投入时，补偿器的电流如图中实线所示。这是补偿器的正常运行方式。因此，这种形式补偿器的运行范围就在图中

与

之间。

TCR型补偿器其实只是以晶闸管开关取代了常规电容器所配置的机械式开关。而其电流显然就正比于其端电压和投入电容器的组数n，如图（b）所示。

SR型补偿器中的滤波回路与TCR型补偿器的相似：与饱和电抗器串联的电容则用以校正饱和电抗器伏安特性的斜率，其作用如图（c）中虚线和电话线所示。这种补偿器整体的伏安特性如图中实线所示，但是由于这种补偿器中实际并无晶闸管，严格说，它不应属于灵活交流输电系统范畴。

不论何种形式的静电补偿器，它们之所以能作无功功率电源并产生感性无功功率，依靠的是其中的电容器。而电容器所能产生的感性无功功率则与其端电压的平方成正比：因此，当系统电压水平过于低下，迫切需要补偿器增加其感性无功功率输出时，补偿器往往无法增加，如图（b）以及图（a）、（c）中电压低于伏安特性拐点时，这是作为无源元件的静止补偿器所无法克服的缺陷。

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静止补偿器的这一缺陷正是有源元件调相机的独特优点，因为即使不计调相机所配自动调节励磁装置的作用，它在过励运行时所发生的感性无功功率为

，从而

，亦即

时，调相机发出的

感性无功功率将随其端电压的下降而增加，而的条件一般都可满足。

五． 静止调相机

受上面静止补偿器的启发，出现了静止调相机的设想。其示意图如图1-18所示。不难发现，它其实相当于半个综合潮流控制器。具体而言，以电容器为电压源，借可关断晶闸管GTO和二极管D组成的换流器控制其交流侧电压相位，则当

，使之与系统电压

同

/k时，调相机将向系统输出感性无功功率；反之/k，将

由系统输入感性无功功率。重要的是，由于此次换流器交流侧电压在静止补偿器因端电压取决于系统电压而带来的缺陷。

完全可控，不存

六． 无功功率发生器

图1-19是静止无功发生器原理图。它是近年来发展的一种新型的静止无功发生

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器装置（又称静止同步补偿器）。

输 电 线 路 电源变 压 器逆 变 器交流电 容测 量设 定控 制静 止 无 功 发 生 器 原 理 图

其主要部件是一个由可关断晶闸管组成的三相逆变器装置，其输入来自一组储能电容器上的直流电压，其输出的三相交流电压与电力系统电压同步。改变静止无功发生器输出无功的大小与极性。静止无功发生器的性能优于静止无功补偿器。例如，当电网连接无功补偿器处的电压下降时，它的最大无功输出会随之大大下降时，它的最大无功功率输出会随之大大下降，因为其最大无功输出与电压平方成正比。静止无功发生器的输出电压犹如发电机的电动势一样不会下降。此外利用其过载能力，在系统电压下降时，仍可以增大其最大无功输出。因此，静止无功发生器控制电压的能力要比静止无功补偿器强，如果静止无功发生器输出部分是个很大的储能装置，如大规模蓄电池或超导储能装置，它还可以在一段时间内向电网送出有功，这在电网发生故障的情况下是有很大好处的。

由美国EPRI和西屋公司研制的第一台实验性容量为1Mvar的静止无功发生器于1986年投入运行。由美国EPRI、西屋公司和TVA开发的100Mvar的无功发生器于1995年投入运行。他们认为这是无功发生器进入商业化市场的开始。日本制造的容量为80Mvar的装置，采用的GTO管为4500V，300A，多年运行情况良好。我国由清华大学和河南省电力工业局合作研制了20Mvar的SVG。

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5.4 无功补偿原则

无功补偿应按国家有关规定执行，其主要内容：

（1） 电力系统的无功电源和无功负荷，在高峰和低谷时都应采用分（电压）层和分（供电）区基本平衡的原则进行配置和运行，并应具有灵活的无功调节手段与检修备用。

（2） 电力系统应有事故无功电力备用，以保证负荷集中区在正常运行方式下，突然失去一回线路，或一台最大容量无功补偿设备，或本地区一台最大容量发电机推出运行，能保持电压稳定和正常供电，而不致出现电压崩溃。

（3） 无功补偿设备的配置与设备类型选择，应进行技术经济比较。220KV以上电网，应考虑提高电力系统稳定性的作用。

（4） 220~500KV电网，应按无功电力分层就地平衡的基本要求配置高低压并联电抗器，以补偿超高线路的充电功率。一般情况下，高低压并联电抗器的总容量不宜低于线路充电功率的90%，高低压并联电抗器的容量分配应按系统的条件和各自的特点全面研究决定。

（5） 330~500KV电网的受端系统，应按输入有功容量相应配套地安装无功补偿设备。其容量（kvar）宜按输入容量（KW）的40%~50%计算。分别安装在向其供电的220kv及以下变电所中。

（6） 220KV及以下电网的最大自然无功负荷，可按下式计算式中

——电网最大自然无功负荷；

——电网最大有功负荷（发电负荷和外网送入负荷）；

K——自然无功负荷系数。K值得大小与城网结构、电压层次和用户构成有关，可计算得出，一般可选1.1~1.3

（7） 水轮发端及调相。远离负荷中心的水电厂，一般可不考虑调相。处在受端系统内的，经技术经济比较认为合理时，应配备有关调相运行中的设施进行调相运行。

（8） 无功电源中的事故备用容量，应主要储备于运行中的发电机，调相机和静止型动态无功补偿装置中，以便在电网因无功不足而可能导致发生电压

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