DQZHAN技術訊：簡析動態(tài)無功補償裝置STATCOM的動態(tài)無功儲備
今天帶給大家的是來自廣東電網有限責任公司電力調度控制中心有關團隊的研究成果：STATCOM動態(tài)無功儲備及其影響因素分析。STATCOM是一種連續(xù)可調的動態(tài)無功補償裝置，相比其他無功補償設備其響應速度更快（小于20ms），調節(jié)范圍更寬（可發(fā)出容性和感性無功），是目前世界上*先進的動態(tài)無功補償設備。
1研究背景
為提高廣東電網的動態(tài)無功支撐能力，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的鏈式靜止同步補償器
（staticsynonouscompensator，STATCOM）（其暫態(tài)過負荷能力為300Mvar）。其中，水鄉(xiāng)變電站STATCOM是我國目前容量*大、直掛電壓等級*高、串聯級數*多（27個閥單元）的STATCOM。
STATCOM是一種連續(xù)可調的動態(tài)無功補償裝置，相比其他無功補償設備其響應速度更快（小于20ms），調節(jié)范圍更寬（可發(fā)出容性和感性無功），是目前世界上*先進的動態(tài)無功補償設備。具有快速響應特性的STATCOM通過檢測電網電壓瞬時變化情況，迅速調出無功，從而達到及時控制系統(tǒng)電壓的目的，為受端電網提供快速動態(tài)無功支撐，改變了廣東電網多回直流換相失敗后的電壓恢復特性。目前動態(tài)無功儲備的定義與評估仍有模糊和分歧，且多針對發(fā)電機等傳統(tǒng)動態(tài)無功源，并未考慮STATCOM等新興裝置的暫態(tài)動作特性。面對復雜多變的電網運行狀態(tài)，如何評估STATCOM的動態(tài)無功儲備，并確保其儲備容量在暫態(tài)過程中按需釋放，給予系統(tǒng)*大程度的動態(tài)無功支撐，讓新技術在大電網運行中“水土相符”，是當前電網運行面臨的新課題。
2主要研究內容
2.1STATCOM動態(tài)無功儲備的概念
動態(tài)無功儲備的目的是保證系統(tǒng)有足夠無功儲備以支撐故障過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)對應的無功儲備釋放能力不同。
傳統(tǒng)上，將STATCOM裝置的*大無功出力與當前穩(wěn)態(tài)無功出力的差值定義為STATCOM裝置的動態(tài)無功儲備。
實際運行中，受STATCOM裝置能力、故障類型、短路點遠近等因素制約，即使STATCOM裝置擁有足量無功儲備，也存在部分容量無法完全釋放的現象。傳統(tǒng)評價STATCOM無功儲備的方法已不適用。圖1為STATCOM動態(tài)無功儲備的三維有效性概念示意圖。受裝置級、系統(tǒng)級因素的影響，電網遭受擾動時，需要格外關注STATCOM暫態(tài)響應的有效性、方向性和延續(xù)性。
圖1STATCOM動態(tài)無功儲備的三維有效性
STATCOM動態(tài)無功儲備有效性的概念為在各種故障形式下，STATCOM能發(fā)揮作用的無功儲備。與之相對的是無效動態(tài)無功儲備，即系統(tǒng)在遭受擾動時，STATCOM沒有調用的無功儲備。進一步，當STATCOM在暫態(tài)響應期間發(fā)出容性無功則為正向有效動態(tài)無功儲備，反之為負向有效動態(tài)無功儲備。延續(xù)性的概念是指在故障過程中及切除后，STATCOM裝置均保持無功輸出，而不是保護動作閉鎖無功輸出。
2.2STATCOM動態(tài)無功儲備影響因素
2.2.1系統(tǒng)級影響因素
實際運行中，受裝置暫態(tài)控制策略、網架拓撲結構、開機方式、負荷水平、容抗器投入、故障類型等因素的影響，STATCOM的動態(tài)無功儲備是動態(tài)變化的。一般地，系統(tǒng)故障后，電壓下降、負荷無功驟增、充電功率及離散無功補償無功驟降，故STATCOM動態(tài)無功儲備方向多為容性。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（標幺值）；Y軸表示STATCOM輸出*大容量，Mvar。
由圖2可以看出：
a)當系統(tǒng)發(fā)生近端故障時（電網電壓小于0.5），STATCOM由電壓控制變?yōu)榱銦o功控制；當電網電壓大于0.5時（認為故障切除，電壓開始恢復），立即恢復電壓控制，加速電網電壓的恢復。
b)當系統(tǒng)發(fā)生遠端故障時（電網電壓大于0.5小于0.9），STATCOM放開±300Mvar暫態(tài)無功輸出限幅，*大能力地釋放動態(tài)無功儲備。
c)當系統(tǒng)電壓恢復到0.9～1.1，并持續(xù)100ms，STATCOM無功限幅逐漸減小至±40Mvar穩(wěn)態(tài)輸出限幅，開始進行無功儲備。
可見，故障點距離STATCOM電氣距離遠，且故障類型不接地，受控母線電壓跌落幅度小、速率慢，STATCOM不易進入暫態(tài)模式。針對此類“遠端不接地”故障集的STATCOM動態(tài)無功儲備有限，±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易進入暫態(tài)模式，瞬間調出±300Mvar*大無功儲備。
由上述分析可知，系統(tǒng)遭受擾動下的受控母線電壓跌落特性是決定STATCOM有效動態(tài)無功儲備的關鍵因素。但是，大電網的故障形式多樣，不同故障集對應的電壓跌落特性也各有不同，故認為這部分影響因素為不可控部分。
2.2.2裝置級影響因素
STATCOM裝置在異常工況尤其是三相電壓不平衡時的運行區(qū)域是決定STATCOM穩(wěn)定運行的根本性因素。受控母線電壓嚴重突降或電壓三相不平衡都有可能導致STATCOM裝置本體直流側電容過壓或環(huán)內閥組過流，進而裝置閉鎖，退出運行。STATCOM在穩(wěn)、暫態(tài)模式切換過程中發(fā)生的過流和超調是在裝置控制器參數設定過程中需要格外注意的問題。制約STATCOM有效動態(tài)無功因素歸納結果如圖3所示。
圖3STATCOM無功釋放制約因素
3結論
a)由于電網發(fā)生電壓崩潰的主要原因是缺乏容性動態(tài)無功、電壓跌落，因此大多數場合STATCOM的動態(tài)無功儲備方向應為容性。
b)為留出盡可能多的動態(tài)無功儲備，一般需要投入站內并聯電容器組，該類設備在電壓跌落時輸出無功按平方關系遞減。因此，在有條件的場合，穩(wěn)態(tài)時應盡可能把變電站母線電壓調到較高的水平。
c)優(yōu)化控制器參數，減小穩(wěn)態(tài)模式切換到暫態(tài)模式時的過渡過程的過流和超調。
d)STATCOM應針對非對稱工況設計合理的電流控制策略，防止由于電網電壓不平衡引起裝置過流及閉鎖。
