靜止同步串聯補償器

靜止同步串聯補償器（SSSC）是FACTS控制器的一種，它與輸電系統以串聯方式聯結，是套用可關斷晶閘管（GTO）構成的同步電壓源的控制器。它主要由電壓型變換器、藕合變壓器、直流環節以及控制系統組成，其中藕合變壓器串聯在輸電線路中，直流環節一般為電容器、直流電源或儲能器。具有兩種控制方式:電壓補償模式和電抗補償模式。

基本介紹

• 中文名：靜止同步串聯補償器
• 外文名：Static Synchonous Series Compensator
• 類型：無功補償裝置
• 控制方式：電壓補償模式和電抗補償模式
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

自柔性交流輸電技術(FACTS)被提出以來，已陸續出現了多種FACTS控制器。20世紀90年代初，人們提出了同步電壓源的概念。

同步電壓源相當於同步機，它可以產生與交流電網同相的三相可控電壓來與電網交換有功功率和無功功率，而且它沒有慣性，可以實時、快速地控制潮流。基於此，人們首先提出了與線路並聯的靜止同步補償器(STATCOM)，並實現了產品化，獲得了滿意的效果。在此基礎上，人們又提出了與線路串聯，可控制線路有效阻抗的靜止同步串聯補償器(SSSC)。

雖然又相繼出現了統一潮流控制器(UPFC)、相間潮流控制器(IPFC)，但它們都和SSSC密切相關。由此，SSSC正逐漸被人們廣泛認可並加以研究。

靜止型串聯同步補償器的特點

基於電源逆變器的靜止型串聯同步補償裝置(static synchronous series compensator, SSSC)用於輸電線路的串聯補償。補償的電壓與其串聯的線路電流相差90。該補償電壓與線路電流無關，能在容性到感性的範圍內進行控制。它具有以下一些特點:

a)不需要任何交流電容器或電抗器線上路內產生或吸收無功功率;

b)在同一電容性和電感性範圍內，與線路電流大小無關地產生可控的補償電壓;

c)對次同步諧振(SSR)及其它振盪現象具有固有的抗干擾能力;

d)接入儲能器後，可對線路進行有功功率和無功功率補償(增大或減少線路功率，甚至可使其反向流動);

e)接入一直流電源後，可補償線路電阻(或電抗)，與線路串聯補償，無關地維持電抗與電阻的高比值;

f)能快速或幾乎瞬時地回響控制指令;

g)適應單相重合閘時的非全相運行狀態。

SSSC的系統結構

SSSC的系統結構圖如1所示，它主要由電壓型變換器、藕合變壓器、直流環節以及控制系統組成，其中藕合變壓器串聯在輸電線路中，直流環節一般為電容器、直流電源或儲能器。

SSSC的工作機理

SSSC作為一種串聯補償器，具有兩種控制方式:電壓補償模式和電抗補償模式。在定電壓模式下，注入電壓幅值是個常數(維持額定的容性或感性補償電壓)，不隨線路電流變化，相位與線路電流相差90。電壓補償模式的運行方式，在電壓補償模式運行方式下，SSSC(固態逆變器和藕合變壓器)的額定無功補償容量;在電抗補償模式下，SSSC的注入電壓與補償線路電流成比例，能夠維持最大容性或感性電抗為常數。

SSSC的套用功能

1改變線路傳輸功率

可以有效調節和改變線路傳輸功率。

2提高線路X/R比值

在電壓等級較低的網路中，X /R比值較小，減小該比值，線路最大傳輸功率一般會下降。在X /R值較小的網路中，串聯電容補償可能進一步增加線路的無功需求。SSSC接入儲能裝置後，可以通過控制補償電壓與線路電流的相角來實現有功功率和無功功率的補償，無功功率補償線路中的阻抗X，有功功率補償線路中的電阻R，這樣就可以實現提高線路X /R比值的目的。

3改善系統穩定性

從動態系統穩定性的角度看，無功功率線路的補償和同步有功功率的交換能夠提高系統的振盪阻尼，從而有利於提高系統的動態穩定性。比如，在系統功角增加時，帶有儲能的SSSC提供最大容性補償來增加傳輸有功功率，同時吸收有功功率作為串聯線路的一個阻尼器，這時的SSSC相當於一個電阻，消耗系統多於有功，向系統提供正阻尼。當系統功角減小時，SSSC的控制策略剛好相反，也即提供感性補償減小線路傳輸有功功率，同時向線路提供有功功率，此時的SSSC相當於發電機，向系統提供負阻尼。

4避免諧振

串聯電容補償由於其補償電抗是頻率的函式，因此它可以在某種頻率下與網路中存在的其它感性電抗一起引起諧振。在此諧振頻率下，電力系統可以加強某一發電機汽輪機的機械諧振，引起次同步諧振(SSR)，這種次同步諧振可以導致發電機的損壞。SSSC實質上是一個交流電壓源，有固定的控制輸入，僅僅在被選定的基本輸出頻率下操作，在其它頻率下，其輸出阻抗為零。

與其它串聯補償裝置的比較

SSSC是一種電壓源型的串聯補償裝置，TSSC, TCSC和GCSC是可變電抗型串聯補償裝置，兩類補償裝置都能提供有效的潮流控制，但是它們的運行方式和控制特性有很大不同。歸納如下:

a) SSSC能產生一可控的不依賴與線路電流的感性或容性電壓，而GCSC和TSSC在給定的控制範圍內補償電壓與線路電流成比例。

b) SSSC能夠與儲能裝置接口，既可以向系統提供無功補償又可以提供有功補償，能夠維持線路的X /R高比值，而其它串聯補償只能與線路交換無功，不能交換有功。

C)通過調節無功補償來增加或減少傳輸功率以及同時向線路注入一個虛擬的正電阻(或負電阻)來吸收(或發出)有功功率，SSSC可以有效抑制系統的功率振盪，而其它變阻抗型的串聯補償智慧型通過調節無功補償來阻尼系統的功率振盪。

d ) TSSC和TCSC採用傳統的晶閘管控制，晶閘管多是一些功率半導體，額定電壓和電流很高，而且向系統注入低階諧波分量，線路暫態過程緩慢，閉環控制方式複雜，容易產生並聯諧振。而SSSC採用基於GTO的電壓源逆變器，可關斷晶閘管有更低的額定電壓和電流，理想的SSSC在基波頻率下產生純正弦的交流電壓，在其它頻率下其輸出阻抗為零，而且SSSC不會與感性線路共振澎發次同步振盪。

e) TSSC, TCSC, GCSC直接和輸電線路稚合，安裝電壓等級更高，對其冷卻系統和控制接口的絕緣要求很高。而SSSC通過藕合變壓器與線路串聯，對絕緣要求相對要低。

f)通過調整U,,。可以提高電壓，也可以在輕載或空載狀態下降低電壓，而固定電容器補償無攻功率只能在低壓狀態下提高線路電壓，且補償效果受線路電流的影響。固定電容器補償電抗是頻率的函式，串入線路容易導致系統發生次同步諧振SSR，而SSSC提供的阻抗與頻率沒有關係。