35kV直挂链式静止同步补偿器的现场试验

李彬彬

【摘要】本论文从35kV直挂链式静止同步补偿器的分类出发，系统阐述了静止同步补偿器的作用。接着研究了35kV直挂链式静止同步补偿器的控制方法。

【关键词】35kV直挂链式，静止同步补偿器，现场试验

一、前言

我国电力工业发展迅速，其需求将保持持续、快速的增长态势而且需求规模在增大，当前对于我国电力事业发展的主要趋势。35kV直挂链式静止同步补偿器的现场应用使得电力系统更加稳定高效，符合当今社会电力工程发展趋势。

二、35kV直挂链式静止同步补偿器的分类

按电压等级，可以将静止同步补偿器 分为高压输电网补偿和低压配电网补偿。在高压输电网中静止同步补偿器需要通过变压器连接到电网中。在低压配电网中，通过电抗器并联或直接并联电网，即D-静止同步补偿器。D-静止同步补偿器的基本工作原理就是将桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上，适当调节电路交流侧输出电压的幅值或相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路系统收获发出满足要求的无功电流，从而实现动态补偿无功的目的。另外可以通过脉宽调制采用特定谐波消除的方法来消除特定谐波。

三、静止同步补偿器的作用

1、电力系统参数快速调节对继电保护的影响

由于静止同步补偿器可以快速调节电力系统的参数，静止同步补偿器向线路中注入新的能量，引起系统参数和结构快速变化。而继电保护对电力系统运行状态做出判断的基本依据，也是电力系统的电压、电流、频率等主要参数。电力系统在正常和故障的暂态情况下，静止同步补偿器均会进行相应参数调节，这些调节可能会影响保护的动作，造成超越或者拒动。这就要求保护具有自適应功能，来适应快速变化的影响。中，给出国外的继电保护系统中，静止同步补偿器对自适应保护影响的理论分析和仿真。为我们提出一种思路：在线路中应用具有自适应能力的保护，减小系统参数快速调节对继电保护的影响。另外，自适应保护动作时间的整定、对不同保护其控制模式及经济性，也必须充分考虑。

2、静止同步补偿器产生谐波对继电保护的影响

在实际电力系统中，静止同步补偿器端口电压不对称或含有谐波畸变是常见的。与直流输电类似，静止同步补偿器使用大量大功率电力电子器件，在稳态运行和动态调节过程中均会产生大量的谐波分量，进而注入交流系统。静止同步补偿器固有的电感电容支路，也会与原电力系统的各支路产生谐波分量。这些谐波分量的存在会影响继电保护的滤波效果，也可能会影响保护的速动性。

谐波消除方法有2种：一种是另加滤波器进行滤波，另一种是改进自身电路，达到消除谐波的目的。在电力系统中，需要大容量的静止同步补偿器，为了增加静止同步补偿器的容量，通常采用多个基本电路进行串联或并联。采用多电平、多重化技术，成为滤波的一种理想选择。表明，静止同步补偿器采用三电平电压源逆变器，在选择谐波消去调制方式下消除特定次数谐波有良好的运行特性。提出，一个基于标幺化的静止同步补偿器数学模型，对分析静止同步补偿器在系统电压不对称或含有畸变时的运行性能提供了有力的工具。提出，使用平波电抗作为变换器与交流系统间的联系阻抗从而减少向系统注入的谐波潮流在交流侧并联电容滤波器。PWM等谐波消除技术也可以非常有效的减少特定谐波成分。目前，对于谐波的完全滤除还没有一个很好的办法。

3、静止同步补偿器不同主电路和控制策略对继电保护的影响

不同静止同步补偿器主电路及控制策略引起的暂态过程，可能对继电保护产生影响。现有的大容量静止同步补偿器主要结构有：两电平三单相桥四重化结构，两电平三单相桥八重化结构，三电平三单相桥四重化结构，三单相桥二重化特定谐波消除控制结构，级联结构等。提出，一种基于相移级联多电平逆变器的静止同步补偿器电路，使得等效载波频率成倍提高，能解决系统频率与功率的矛盾。为了在较低开关频率下保证输出电流谐波畸变较小，并保持电容电压稳定，采用SHE-PWM脉冲调制方法。

四、35kV直挂链式静止同步补偿器的控制方法

1、静止同步补偿器补偿电流检测方法

补偿电流的检测精度和速度在很大程度上决定了静止同步补偿器的补偿性能。在不同的功率定义下，其检测方法不同。目前，基于瞬时无功功率理论的电流检测法，对于三相平衡系统的畸变电流检测非常有效，具有很好的实时性。FBD检测法具有明确的物理意义，计算量小，实现简单，功率定义更合理，且采用基于FBD功率理论补偿后，有功损耗最小。

FBD法的实质是在实际电路里用等效电导代替各相负载，能量都消耗在这个等效电导上，利用此等效电导来分解电流，可以将需要补偿的电流分量计算出来。

2、三电平静止同步补偿器平衡及不平衡情况下控制策略研究

静止同步补偿器的控制是决定其补偿性能的关键，依据检测出的指令电流，使静止同步补偿器的交流侧输出电流准确快速地跟踪指令电流的变化，这是静止同步补偿器控制策略的目标。将检测出的电流作为无功电流参考值，根据这个参考值调节静止同步补偿器真正产生所需的无功电流。在实际中，应当根据静止同步补偿器的应用场合、需要实现的功能以及补偿目的的不同来选择相对合适的控制策略，以满足系统的功能要求。一般来说，需要首先采用电流跟踪控制技术，实时检测出负载电流中需要补偿的指令电流，然后控制静止同步补偿器向系统注入大小相同、方向相反的补偿电流。

静止同步补偿器系统不仅需要对产生的无功电流进行控制，使之跟踪指令电流，发出满足动态补偿要求的无功功率。而且为了保持补偿单元的正常工作，还需要保持其直流电容电压为定值。但是，静止同步补偿器系统非常复杂、具有非线性，其交流输出和直流电压之间耦合关系比较强，当调节交流输出的同时必然会引起直流电容电压的幅度变换，反之亦然。因此，需要对静止同步补偿器进行解耦控制，才可以很好的调节无功电流跟随参考值变化。此外，由于选择的电流间接控制方式依赖于静止无功补偿单元的脉冲触发控制策略，脉冲触发控制的效果会对系统的动态补偿性能造成直接的影响。特别是针对大容量的三电平静止同步补偿器，更需要研究一种适合的脉冲调制方法。

3、结论和展望

在平衡情况下，采用PI解耦控制的三电平静止同步补偿器补偿效果已经比较理想，补偿后电网电流的各相电压电流相位一致，且直流侧电压比较稳定，直流侧中点电压波动也不大。但是在不平衡情况下，补偿后的三相电网电流仍存在不平衡，电压电流波形存在一定的畸变，对系统的不平衡的改善没有帮助。

采用基于序分解的PI解耦不平衡控制的三电平静止同步补偿器在不平衡情况下具有良好的控制效果和补偿性能，补偿后三相电网电流变为的对称了，电网电流不平衡程度得到了改善，功率因数接近于1且非常稳定。

五、结束语

35kV直挂链式静止同步补偿器仍是今后研究的重点，35kV直挂链式静止同步补偿器的现场研究是保证补偿器正常运行的关键，有效的无功补偿对电力系统乃至国民经济有着重要的意义。

参考文献

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[2]王久和.电压型PWM整流器直接功率控制技术.电工电能新技术，2010

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