靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償裝置工作原理

假設(shè)送端電壓幅值和受端電壓幅值相等，即Us=Ur=U，送端電壓與受端電壓之間的相角差為δ，輸電線路電抗為XL，則受端系統(tǒng)的有功功率P為

圖1 電力傳輸?shù)幕臼疽鈭D

SSSC可注入一個滯后于線路電流90o的電壓，等效成串聯(lián)在輸電線路中的容抗，此時稱SSSC工作在容性補(bǔ)償模式。當(dāng)SSSS注入的交流電壓超前線路電流90o時，可等效成串聯(lián)在輸電線路中的感抗，此時稱SSSC工作在感性補(bǔ)償模式。圖2所示為接有SSSC的雙端系統(tǒng)等效電路和相量圖。SSSC的等效電抗為Xq，則接入SSSC后，用Xq表示的受端系統(tǒng)有功功率Pq為

圖2 接有SSSC裝置的雙端系統(tǒng)等效電路及相量圖

根據(jù)圖2所示的參考方向，可將SSSC等效為一個可控電壓源，即

式中，K為可控制的、可正可負(fù)的實(shí)數(shù)，其最大值與最小值由SSSC裝置本身的補(bǔ)償能力決定。當(dāng)K為正時，SSSC相當(dāng)于負(fù)的電抗，即相當(dāng)于電容，此時SSSC工作在容性補(bǔ)償模式；當(dāng)K為負(fù)時，SSSC相當(dāng)于正的電抗，即相當(dāng)于電感，此時SSSC工作在感性補(bǔ)償模式。用Uq表示的受端系統(tǒng)有功功率Pq為

設(shè)當(dāng)Uq=0時，受端系統(tǒng)有功功率最大值為功率基準(zhǔn)。當(dāng)補(bǔ)償電壓Uq取不同標(biāo)幺值時，接有SSSC雙端系統(tǒng)的功角特性曲線如圖3中所示。當(dāng)Uq>0時，功角特性曲線比沒有SSSC時的功角特性曲線上升了，只有在δ=180o時功角特性沒有變化，這說明通過SSSC的正向調(diào)節(jié)可提高線路輸送有功功率的能力。當(dāng)Uq<0時，功角特性曲線比沒有SSSC時的功角特性曲線下降了，只有在δ=180o時功角特性沒有變化，這說明通過SSSC的反向調(diào)節(jié)可降低線路輸送有功功率的能力。在δ較小時，送端向受端的輸送功率可以為負(fù)，即線路反送有功功率?？梢姡琒SSC不僅可控制線路潮流的大小，還可改變線路潮流的流向。

圖3 接有SSSC兩機(jī)系統(tǒng)的功角特性

靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償裝置SSSC主電路

由于輸電系統(tǒng)的電壓等級較高，SSSC通常通過串聯(lián)變壓器接入到輸電系統(tǒng)中。如圖4所示的三相橋結(jié)構(gòu)只能補(bǔ)償正序電壓或負(fù)序電壓而不能補(bǔ)償零序電壓，高壓輸電系統(tǒng)一般要求SSSC工作在三相電壓對稱的情況，因此，SSSC可采用三相橋結(jié)構(gòu)。如圖5所示的三單相橋結(jié)構(gòu)可獨(dú)立控制三相的補(bǔ)償電壓，即使輸電線路電壓出現(xiàn)不對稱，也可進(jìn)行補(bǔ)償，因此，SSSC可采用三單相橋結(jié)構(gòu)，不過電路結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，成本會更高。

圖4 三相橋結(jié)構(gòu)

圖5 三單相橋結(jié)構(gòu)

實(shí)際工程的SSSC裝置容量往往很大，由于受到絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、集成門極換流晶閘管（IGCT）、注入增強(qiáng)柵晶體管（IEGT）等電力電子開關(guān)器件的電壓、電流和頻率的限制，采用上述圖示的簡單結(jié)構(gòu)很難滿足大容量的要求。因此，在高壓大容量的場合，主電路通常采用多電平、多重化、單相橋的串聯(lián)（即鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)）等來實(shí)現(xiàn)。與靜止同步補(bǔ)償裝置（STATCOM）類似，SSSC主電路結(jié)構(gòu)也是多種多樣的。

靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償裝置SSSC控制

SSSC的控制目標(biāo)是在維持換流器直流母線電壓穩(wěn)定的同時，向輸電線路注入一個與線路電流相差近似為90o的可控電壓，使其呈現(xiàn)電感、電容特性，快速控制線路的等效阻抗，從而調(diào)節(jié)線路輸送的有功和無功功率等，最終實(shí)現(xiàn)阻尼功率振蕩、提高暫態(tài)穩(wěn)定性等控制目標(biāo)。

SSSC能夠直接控制的是輸出電壓，可分為內(nèi)環(huán)控制和外環(huán)控制兩部分。內(nèi)環(huán)控制用于SSSC輸出電壓快速準(zhǔn)確地跟蹤輸出電壓參考值，外環(huán)控制用于確定SSSC輸出電壓參考值。SSSC輸出的實(shí)際電壓與參考值比較，經(jīng)過相應(yīng)的控制環(huán)節(jié)得到控制電壓的相角Φ和幅值Uq。利用鎖相環(huán)測量線路電流的相角，得到SSSC輸出電壓的相角。

可對SSSC輸出的實(shí)際電壓以線路電流為基準(zhǔn)進(jìn)行有功分量和無功分量的分解。通過控制輸出電壓中的無功分量，即與線路電流相差90o的電壓分量，可控制輸出電壓的大小，而通過控制輸出電壓中的有功分量，即與線路電流同相的電壓分量，可控制換流器直流母線的電壓，使SSSC輸出電壓的控制與換流器直流母線電壓的控制實(shí)現(xiàn)靜態(tài)解耦，從而提高控制的響應(yīng)速度并縮短過渡過程。

外環(huán)控制可具有電抗模式、電壓模式、輸電線路電流模式和輸電線路有功功率模式等。電抗模式時，SSSC輸出電壓使整個SSSC等效電抗等于參考電抗值。電壓模式時，SSSC輸出電壓為參考電壓值。輸電線路電流模式或輸電線路有功功率模式時，通過控制SSSC輸出電壓確保輸電線路的線路電流為設(shè)定的電流參考值或使輸電線路的有功功率為給定的參考值。在主要控制功能的基礎(chǔ)上還可具有如阻尼功率振蕩、抑制次同步振蕩、提高暫態(tài)穩(wěn)定極限等多種功能，用于提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，從而充分發(fā)揮SSSC的功能。

通過改變其輸出電壓，可改變該輸電線路的等效阻抗，從而實(shí)現(xiàn)阻尼功率振蕩、抑制次同步振蕩、提高暫態(tài)穩(wěn)定性等控制目標(biāo)。

①不需要交流電容器或電抗器，即可在輸電線路中產(chǎn)生或吸收無功功率；②可在容性和感性范圍內(nèi)，產(chǎn)生與線路電流大小無關(guān)的、連續(xù)可控的同步補(bǔ)償電壓，對輸電線路的潮流進(jìn)行控制；③對由于其他原因引起的次同步諧振(subsynchrounous resonance，SSR)及其他振蕩現(xiàn)象具有固有的抗干擾能力；④在換流器直流側(cè)接入儲能元件后，可對輸電線路進(jìn)行有功功率的補(bǔ)償，從而補(bǔ)償電阻性壓降；⑤SSSC能比可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置（TCSC）更快速或瞬時地響應(yīng)控制命令，可有效抑制SSR等；⑥在輸電系統(tǒng)功角較小時，SSSC比TCSC改變系統(tǒng)的功角特性能力更強(qiáng)，具有更強(qiáng)的調(diào)節(jié)輸電線路潮流的能力；⑦SSSC的單位容量造價要比TCSC高。

SSSC由美國西屋電氣公司的Laszlo Gyugyi在1989年提出。到目前為止，沒有獨(dú)立安裝的SSSC，但在美國伊內(nèi)茲（INEZ）變電站安裝的統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）運(yùn)行模式中有一種是利用串聯(lián)補(bǔ)償器和并聯(lián)補(bǔ)償器在直流側(cè)解列，作為SSSC運(yùn)行，并在1998年UPFC的投運(yùn)試驗(yàn)中，進(jìn)行了SSSC模式的相關(guān)試驗(yàn)。之后投運(yùn)的美國馬西（Marcy）變電站可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器（CSC）工程和韓國康津（Kangjin）變電站UPFC工程都有單獨(dú)作為SSSC運(yùn)行的方式。

①采用串聯(lián)電容器與SSSC裝置串聯(lián)，以降低整個工程造價并充分發(fā)揮SSSC的優(yōu)良控制性能；②模塊化多電平（MMC）主電路方案將會得到更加廣泛深入的研究，甚至?xí)泄こ虒?shí)際應(yīng)用；③會采用開關(guān)頻率較高的器件，并充分利用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。2100433B

由并聯(lián)接入系統(tǒng)的電壓源換流器構(gòu)成能夠發(fā)出或吸收無功功率的靜止型同步無功電源。通過改變其輸出，可以對電力系統(tǒng)的某些參數(shù)（如電壓）進(jìn)行控制，又稱靜止無功發(fā)生器（ static var generator，SVG）等。

STATCOM的作用與靜止無功補(bǔ)償裝置（ static var compensator，SVC）相似，可以進(jìn)行連續(xù)控制，快速地改變其發(fā)出的無功功率，具有較強(qiáng)的無功調(diào)節(jié)能力，為電力系統(tǒng)（或者負(fù)荷）提供動態(tài)無功電源，實(shí)現(xiàn)多種調(diào)節(jié)功能，性能較SVC更優(yōu)，造價比SVC要高。