DQZHAN技術(shù)訊：簡析動態(tài)無功補(bǔ)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(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心有關(guān)團(tuán)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(diào)的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，相比其他無功補(bǔ)償設(shè)備其響應(yīng)速度更快（小于20ms），調(diào)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(jìn)的動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備。
1研究背景
為提高廣東電網(wǎng)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?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器
（staticsynonouscompensator，STATCOM）（其暫態(tài)過負(fù)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(lián)級數(shù)*多（27個閥單元）的STATCOM。
STATCOM是一種連續(xù)可調(diào)的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，相比其他無功補(bǔ)償設(shè)備其響應(yīng)速度更快（小于20ms），調(diào)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(jìn)的動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備。具有快速響應(yīng)特性的STATCOM通過檢測電網(wǎng)電壓瞬時變化情況，迅速調(diào)出無功，從而達(dá)到及時控制系統(tǒng)電壓的目的，為受端電網(wǎng)提供快速動態(tài)無功支撐，改變了廣東電網(wǎng)多回直流換相失敗后的電壓恢復(fù)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(jī)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(fù)雜多變的電網(wǎng)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(shù)在大電網(wǎng)運行中“水土相符”，是當(dāng)前電網(wǎng)運行面臨的新課題。
2主要研究內(nèi)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(yīng)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(dāng)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(yuǎn)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(xiàn)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(wǎng)遭受擾動時，需要格外關(guān)注STATCOM暫態(tài)響應(yīng)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(diào)用的無功儲備。進(jìn)一步，當(dāng)STATCOM在暫態(tài)響應(yīng)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(fù)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(hù)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(wǎng)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、開機(jī)方式、負(fù)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(fù)荷無功驟增、充電功率及離散無功補(bǔ)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(biāo)幺值）；Y軸表示STATCOM輸出*大容量，Mvar。
由圖2可以看出：
a)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生近端故障時（電網(wǎng)電壓小于0.5），STATCOM由電壓控制變?yōu)榱銦o功控制；當(dāng)電網(wǎng)電壓大于0.5時（認(rèn)為故障切除，電壓開始恢復(fù)），立即恢復(fù)電壓控制，加速電網(wǎng)電壓的恢復(fù)。
b)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生遠(yuǎn)端故障時（電網(wǎng)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(dāng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)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(jìn)行無功儲備。
可見，故障點距離STATCOM電氣距離遠(yuǎn)，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(jìn)入暫態(tài)模式。針對此類“遠(yuǎn)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(jìn)入暫態(tài)模式，瞬間調(diào)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(guān)鍵因素。但是，大電網(wǎng)的故障形式多樣，不同故障集對應(yīng)的電壓跌落特性也各有不同，故認(rèn)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(yán)重突降或電壓三相不平衡都有可能導(dǎo)致STATCOM裝置本體直流側(cè)電容過壓或環(huán)內(nèi)閥組過流，進(jìn)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(diào)是在裝置控制器參數(shù)設(shè)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(jié)果如圖3所示。
圖3STATCOM無功釋放制約因素
3結(jié)論
a)由于電網(wǎng)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(shù)場合STATCOM的動態(tài)無功儲備方向應(yīng)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(nèi)并聯(lián)電容器組，該類設(shè)備在電壓跌落時輸出無功按平方關(guān)系遞減。因此，在有條件的場合，穩(wěn)態(tài)時應(yīng)盡可能把變電站母線電壓調(diào)到較高的水平。
c)優(yōu)化控制器參數(shù)，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(diào)。
d)STATCOM應(yīng)針對非對稱工況設(shè)計合理的電流控制策略，防止由于電網(wǎng)電壓不平衡引起裝置過流及閉鎖。
