动态无功补偿

无功功率补偿技术随着电力系统的出现而出现，并随着电力工业的发展和电力负荷的多样性而不断进步。电力系统发展到现在已出现三代无功补偿技术；同步发电机补偿、同步调相机补偿、并联电容器补偿、并联电抗器补偿，属于第一代补偿技术；基于自然关断晶闸管技术的SVC（相控电抗器（TCR）、磁控电抗器(MCR)）属于第二代无功补偿技术；基于IGBT、IGCT等大功率可控器件的补偿装置SVG(Static VAR Genarator)属于第三代无功补偿技术，不再采用大容量的电容器、电抗器，而是通过大功率电力电子器件的高频开关（IGBT）实现无功补偿的变换。

基于电网换相换流器的高压直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)可以广泛应用于远距离大容量的电力输送，但是其交流侧需要安装大量滤波设备和无功补偿装置，占地面积大且投切不灵活，制约了该方案的发展。针对该问题，阀侧并联静止同步补偿器(static synchronous compensator, STATCOM)的多源自适应换相换流器(self-adaption statcom and line commutation converter, SLCC)技术凭借其连续调节特性，可以实现无功功率的动态补偿。分析了SLCC的工作原理和换相过程，提出了一种兼顾无功补偿和谐波滤除的协调控制策略，引入无功补偿、谐波补偿、触发角补偿等环节，对无功功率和谐波电流进行动态跟踪处理。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台中进行仿真验证。结果表明，所提控制策略可以实现系统的动态无功补偿和谐波精准滤除，加速了系统的换相过程，有效降低了无功消耗和投资成本。

随着城市地下电缆配电系统的不断发展，电缆容性充电电流引起的轻负荷期的电压升高问题日益引起重视。10kV三芯带铠电力电缆与架空线相比,其对地电容电流是架空线的30～100倍。电缆比例的提高,显著加大了供电系统的对地电容电流与相间电容电流。《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》6.2条要求对进出线以电缆为主的220KV变电站应配置相应的感性无功补偿装置。但现阶段解决此问题的传统方法是采用固定式电抗器补偿电容电流，不能根据系统的实时情况进行动态调节，设备利用率较低，而且电抗器处于满负荷运行状态，负载损耗较大。用于配电网的意义:随着城市地下电缆配电系统的不断发展，电缆容性充电电流引起的轻负荷期的电压升高问题日益引起重视。《电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》6.2条要求对进出线以电缆为主的220KV变电站应配置相应的感性无功补偿装置。如果在配电网上装设感性无功发生器，可针对变动比较大的负荷（如为电气化铁路供电的变电站，风电、水电等间歇性波动较大能源接入的变电站等）进行快速有效的动态无功补偿，对电压波动、功率因数及谐波进行综合治理，在有效的改善电能质量的同时，可取得明显的节能降耗效益。用于配电网的意义∶随着城市地下电缆配电系统的不断发展，电缆容性充电电流引起的轻负荷期的电压升高问题日益引起重视。《电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》6.2条要求对进出线以电缆为主的220KV变电站应配置相应的感性无功补偿装置。如果在配电网上装设感性无功发生器，可针对变动比较大的负荷（如为电气化铁路供电的变电站，风电、水电等间歇性波动较大能源接入的变电站等）进行快速有效的动态无功补偿，对电压波动、功率因数及谐波进行综合治理，在有效的改善电能质量的同时，可取得明显的节能降耗效益。

该项目针对潘孟村存在的主要问题，安顺供电局通过现场走访、调研和详细分析计算，按照建设智能、高效、可靠、绿色电网的目标要求，提出了采用电池储能和动态无功补偿（SVG）联合控制新技术解决潘孟村存在供电质量差、供电可靠性不高、负荷峰谷差逐步拉大等问题。该系统借助电池储能微网运行技术及“削峰填谷”功能，结合新型动态无功补偿设备的双向补偿能力，有效提高了潘孟村农网用户的供电可靠性及峰谷时段的电压质量，解决了长期困扰当地村民的配变重载和电压不稳定等问题。通过潘孟村储能系统的成功建设：一是解决潘孟村实际存在的实际问题；二是通过电池储能技术和动态无功补偿（SVG）技术的应用研究开展贵州电网分布式能源利用、智能电网建设以及微网技术等新技术前期摸索和研究。安顺供电局与贵州电网公司电网规划研究中心、北京四方继保自动化股份有限公司共同申请并授权了一项发明专利（一种三相全桥式换流器装置）和一项实用新型专利（基于锂电池储能系统的移动式集装箱电站），成功完成了潘孟村400V储能站的研究。

目前广东电网220kV及以下电压等级的变电站已经普遍开始推广无人值守，但是目前广泛应用的电压综合无功控制装置（VQC）不能适应这种运行环境，根据磁阀式可控电抗器平滑调节容量的原理，研制了新型的MCR动态无功补偿装置，同时论文也给出了新型动态无功补偿装置的硬件单元和软件单元，并且对其进行了详细的说明。通过该装置在某一变电站的实际运行情况来分析，该装置能够快速响应系统电压无功需求，很好的改善了系统的电压质量。

影响风/光发电功率预测精度的主要因素是风/光资源的风向、风速、温度、湿度、光照等关键数据。根据海南省的亚热带湿热气候特征，分析风/光发电特征及其时空互补特性，深入分析风/光资源的关键因素对新能源发电功率的影响，得到这些因素与风/光发电功率之间的相关性，在此基础上研究风力发电功率、光伏发电功率的短期和超短期预测模型和方法：针对现有风电/光电功率预测精度不足的问题，提出基于亚热带湿热气候特征的风电功率预测物理模型与统计适配模型相结合的风电功率预测方法，和基于不同风速段的连续时间段聚类的SVM风电功率模型；研究和给出适合海南省亚热带湿热气候特征的风力发电功率、光伏发电功率预测系统设计方案。海南现有的五个风电场，含沿海滩涂和丘陵地带。因此，本研究兼顾了山地丘陵地带的建模方法。 为解决多类型新能源并网下的绿色调度问题，提出了多时间尺度的鲁棒调度方法，该方法通过协调调度水电、火电、风电、气电等多种电源的开机出力，利用多个时间尺度（日前、日内、实时）逐级降低新能源的预测偏差给电网的冲击作用，并采用鲁棒调度方式保证了调度方案的鲁棒性。此外，新能源出力的不确定集直接影响鲁棒调度的经济性和鲁棒性。为解决经济性和鲁棒性的冲突问题，提出了一种不确定集的优化方法，该方法通过计算弃风和切负荷成本将鲁棒性转化为风险成本，优化出使得综合成本最小（发电成本、环境成本和风险成本之和）的最优不确定集。 针对新能源并网带来的无功电压控制方面的问题，并考虑到今后电网向大规模发展的趋势，提出了含多类型新能源的三级电压控制模式，按全网、区域和地区电网划分，分别充当第三、第二和第一级电压控制，各级电压控制之间在时空上相互协调，可根据实际电网规模和网络拓扑结构确定是否采用区域电压控制。在全网电压控制方面，考虑到运行成本和新能源并网点电压波动问题，以网损最小和电压质量最优为目标，建立了多目标无功优化模型，模型中采用了不同的节点类型对新能源机组进行建模；在区域电网电压控制方面，针对日前新能源机组并网引起的长期电压稳定问题，引入电压安全稳定约束，以与全网电压控制的电压偏差和控制成本为目标函数，建立了适应新能源并网的最优协调电压控制模型；在地区电压控制方面，针对新能源机组并网点无功不足的问题，提出了基于微分博弃理论的STATCOM动态无功补偿策略，克服了传统PI解耦控制中直流系统和交流系统的负交互作用，缩短了动态无功补偿后电压的镇定时间。针对目前海南电网AVC系统不能适应大规模新能源机组并网的情况，提出了基于混成电压控制的AVC控制方案。

可控并联电抗器是一种新型动态无功补偿设备，智能电网柔性交流输电装备，与其他技术相比具有可调容量大、补偿效率高、综合成本低等优点，在电力系统以及煤炭、冶金、交通等工业用户有广泛应用。技术的工程实施和推广应用迫切需要与技术水平相适应、广泛接受、相互协调的可控电抗器技术标准体系支撑。为了解决技术标准化问题，填补国内外可控电抗器标准空白，项目组开展了大量科研工作：针对电力系统、工业用户等不同应用场景，分别甄选代表性工程，提出功能与性能指标要求；总结本体电磁控制与保护规律，确定配置基本原则；提出适应设备非线性特性的测试方法；按本体、阀控、控制保护等组成部件建立了子系统设计、设备制造、试验检验标准。建立的标准体系规范了设备成套设计、子系统技术规范、现场试验等内容，解决了产品制造和工程应用中的关键问题，推进了可控并联电抗器技术的标准化。 系列标准构建了世界首个可控并联电抗器技术标准体系；提出了成套设计规范和需求分析方法，为设备的推广应用奠定了基础；建立了可控并联电抗器技术指标体系，推进了设备的标准化和系列化，降低了研制和应用成本；提出了基于自然冷却晶闸管阀的复合开关以及配置过电压吸收回路的励磁系统等技术方案，提升了设备的控制性能和可靠性；提出了多目标协调的暂稳态控制策略和含磁平衡大差保护的继电保护方案，提高了整体调控效果和故障识别灵敏度。系列标准是系列科技创新成果的固化，确立了我国在可控并联电抗器领域的引领地位。标准依托国家级项目 1 项，省部级及国网公司级项目 4 项；标准支持的技术成果获省部级科技进步一等奖 2 项，公司科技进步一等奖 2 项；获授权发明专利 30 项，发表论文 25 篇，出版著作1 部。应用系列标准，建成了世界电压等级最高、规模最大、技术水平国际领先的可控并联电抗器工程，实现了可控并联电抗器在我国电力、煤炭、冶金、交通等领域的推广应用，并获得国外用户的广泛认可，我国生产的可控电抗器已远销南亚、中东、非洲等十余个国家和地区，促进了我国电工装备“走出去”。系列标准成果是“先进输电技术国家重点实验室”标准创新工作的重要组成部分，促进了灵活交流输电技术的发展；核心内容已写入国际大电网会议 CIGRE A3.33 工作组技术报告，提升了我国在该领域的话语权和影响力。系列标准内容详实完整，条文明确规范，创新性突出，实用性强，填补了国内外相关技术标准空白，标准审查专家认为，整体达到国际先进水平。