潘 磊 林藝哲 馬秀達(dá) 黃如海

靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器的運(yùn)行死區(qū)特性研究

潘 磊 林藝哲 馬秀達(dá) 黃如海

（南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102）

采用靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）可以控制線路功率，提高電網(wǎng)的輸電能力和靈活性，但其不能獨(dú)立控制線路的有功功率和無功功率，在部分工況下可能存在運(yùn)行死區(qū)，需要對(duì)其運(yùn)行特性進(jìn)行詳細(xì)分析。本文基于SSSC的結(jié)構(gòu)特性和基本原理，通過理論推算和相量圖分析，研究不同線路初始工況下，SSSC在調(diào)節(jié)線路有功功率時(shí)與線路交換的功率特性，得出SSSC在線路初始有功功率和無功功率反向的情況下，若不采用直流輔助電源，則存在容性補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行死區(qū)。通過仿真證明了理論分析結(jié)果的正確性，可為后續(xù)SSSC工程應(yīng)用的設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制提供參考。

靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）；運(yùn)行特性；線路初始功率；線路功率控制；運(yùn)行死區(qū)；仿真驗(yàn)證

0 引言

近年來，電力系統(tǒng)向大型互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展，在滿足社會(huì)負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)需求的過程中，電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大與現(xiàn)代化城市的建設(shè)產(chǎn)生矛盾，由于輸電走廊的飽和及電網(wǎng)公司的商業(yè)化運(yùn)作，獲得新建線路走廊更加困難。由于電網(wǎng)潮流的自然分布特性，電網(wǎng)中往往出現(xiàn)潮流分布不均，部分線路可能輸送較大功率甚至過負(fù)荷，而部分線路輸送功率卻較小，導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的輸送能力受限。

靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（static synchronous series compensator, SSSC）是一種串聯(lián)型的補(bǔ)償裝置，其可以不依靠線路電流產(chǎn)生可控補(bǔ)償電壓，可等效為串入線路一個(gè)可變的阻抗，改變線路的傳輸功率，優(yōu)化電網(wǎng)的潮流分布，從而可以提高輸電線路的傳輸能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性[1-4]。相比于固定串聯(lián)補(bǔ)償和晶閘管控制串聯(lián)補(bǔ)償器（thyristor controlled series compensator, TCSC），SSSC不直接向線路中串入電容，因此不會(huì)產(chǎn)生次同步諧振問題[5]；相比于移相變壓器，SSSC調(diào)節(jié)速度更快，功率控制更精確；相比于統(tǒng)一潮流控制器（unified power flow controller, UPFC），SSSC省去了并聯(lián)部分的電壓源換流器和變壓器，占地面積更小，經(jīng)濟(jì)性更具優(yōu)勢(shì)[6-7]。

目前，國(guó)內(nèi)外在SSSC的仿真建模、建設(shè)選址、換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、接地方式、主設(shè)備參數(shù)設(shè)計(jì)、啟動(dòng)和停運(yùn)、控制保護(hù)策略等方面均開展了詳細(xì)的研究[8-12]。國(guó)外投運(yùn)的Inez UPFC工程和紐約Macy的CSC（convertible static compensator）工程均包含有SSSC的運(yùn)行方式[13]，國(guó)內(nèi)投運(yùn)的220kV南京西環(huán)網(wǎng)UPFC工程及220kV上海蘊(yùn)澡浜工程也包含有SSSC的運(yùn)行方式[14-15]；2014年，世界首個(gè)SSSC工程在西班牙巴塞羅那投運(yùn)，容量47MV?A，主要解決220kV線路的過載問題，提高電網(wǎng)的供電能力[16-17]；2018年12月，國(guó)內(nèi)首個(gè)靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器工程在天津正式投入運(yùn)行，容量30MV?A，該工程主要解決了220kV高場(chǎng)—石各莊雙線潮流分布不均、電力輸送能力受限的問題，提高了系統(tǒng)安全穩(wěn)定裕度[18]，為SSSC在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用起到了很好的示范作用。

SSSC和UPFC均能控制線路的潮流，但其控制方式不一樣。UPFC可以同時(shí)獨(dú)立地控制線路有功功率和無功功率，其串聯(lián)側(cè)與線路交換的有功功率由UPFC的并聯(lián)部分來控制平衡。SSSC僅包含串聯(lián)部分，若不增加外部輔助電源，則其在控制線路有功功率的同時(shí)，還需控制自身直流電壓或模塊電壓穩(wěn)定以平衡自身損耗，因而缺少對(duì)線路無功功率的控制維度，因此SSSC接入電網(wǎng)的運(yùn)行特性與UPFC存在較大差別，目前國(guó)內(nèi)外尚無相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。鑒于TCSC在運(yùn)行時(shí)存在串聯(lián)補(bǔ)償死區(qū)（感性和容性補(bǔ)償?shù)闹C振區(qū)）[19]，而SSSC在沒有接外部輔助電源時(shí)的運(yùn)行特性與TCSC有相似性，所以需要考慮SSSC是否也存在運(yùn)行死區(qū)或串聯(lián)補(bǔ)償死區(qū)。

在沒有外部輔助電源時(shí)，需要保證SSSC換流器始終能從線路吸收一定的有功功率，并與自身的損耗平衡，以保證其正常運(yùn)行。SSSC在線路電流為零或接近零時(shí)，需要外部電源來補(bǔ)償自身損耗，以維持正常運(yùn)行，即SSSC存在線路電流為零或接近零的死區(qū)，該特性為行業(yè)內(nèi)公知，該死區(qū)的大小與SSSC的調(diào)制方式、鎖相控制及啟動(dòng)控制性能等相關(guān)。當(dāng)線路電流不在零附近時(shí)，若在某種工況下，換流器從線路吸收的有功功率小于自身損耗，或換流器始終向線路注入功率，則無法保證SSSC穩(wěn)定運(yùn)行。為了研究是否存在上述工況，本文假設(shè)有一個(gè)足夠大的輔助電源接在SSSC的直流側(cè)來支撐其換流器的損耗，從理論推導(dǎo)和試驗(yàn)掃描兩個(gè)方面進(jìn)行分析，判斷是否存在某種工況，無論換流器如何調(diào)節(jié)線路無功功率，換流器始終向線路注入有功 功率。

1 SSSC的基本原理

SSSC的基本結(jié)構(gòu)及基本原理如圖1所示。SSSC由串聯(lián)變壓器、電壓源換流器及相關(guān)輔助設(shè)備構(gòu)成，安裝于線路首端，通過改變電壓源換流器的輸出電壓，可改變線路的等效阻抗，進(jìn)而改變線路潮流。在開展功率控制運(yùn)行特性分析計(jì)算及仿真時(shí)，將與線路在同一個(gè)電磁環(huán)的交流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等效，等效交流電網(wǎng)如圖1（a）中點(diǎn)劃線框所示。

圖1 SSSC的基本結(jié)構(gòu)及基本原理

忽略線路電阻的影響，可得線路上傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率分別為

可見，若線路首端母線電壓和線路末端母線電壓均保持不變，SSSC串聯(lián)接入后將改變線路首端電壓，進(jìn)而對(duì)線路有功功率和無功功率產(chǎn)生影響。

本文主要關(guān)注SSSC注入線路的功率特性，因此推導(dǎo)其向線路注入的功率為

或

2 SSSC降低線路功率時(shí)的特征研究

首先針對(duì)SSSC在逐漸降低線路有功功率時(shí)的特性進(jìn)行分析。為了便于分析SSSC的運(yùn)行特征，以線路有功功率為正（從線路首端流向末端）為例，分析線路無功功率變化時(shí)，換流器與線路交換的有功功率特征，線路有功功率為負(fù)時(shí)同樣適用。

由式（3）可知，SSSC在逐漸降低線路有功功率時(shí)，若保證線路首端電壓l不變，則線路兩端電壓的相位差將逐漸變小，此時(shí)SSSC注入線路的電壓超前線路電流，等效注入一個(gè)感性阻抗。當(dāng)線路有功功率降為0時(shí)，也減小為0°，可理解為此時(shí)等效注入了一個(gè)無窮大的阻抗。繼續(xù)降低線路有功功率，其將反向變?yōu)樨?fù)值，此時(shí)小于0°，隨著電流的反向，SSSC注入線路的電壓將滯后于線路電流，此時(shí)等效注入一個(gè)容性阻抗。SSSC降低線路有功功率時(shí)的特性如圖2所示。

在這個(gè)過程中，由于線路末端母線向末端系統(tǒng)注入的有功功率逐漸減少（系統(tǒng)功角變小，可認(rèn)為電壓相位減小）、線路首端母線從首端系統(tǒng)吸收的有功功率逐漸減少（系統(tǒng)功角變小，可認(rèn)為電壓相位增大），線路兩端母線電壓相位差逐漸變大，如圖2所示?？梢钥闯?，在SSSC降低線路有功功率時(shí)，-180°＜＜0°。

圖2 SSSC降低線路有功功率時(shí)的特性

從線路兩端的功角特性進(jìn)行分析，SSSC在降低線路功率時(shí)等效串入線路電抗，相當(dāng)于增加線路電抗l，其功角特性曲線的峰值功率相應(yīng)下降，SSSC升降線路功率時(shí)線路兩端功角特性如圖3所示，線路功率從0降至1時(shí)，線路兩端功角差從0增加至1。

進(jìn)一步地，考慮SSSC調(diào)節(jié)線路無功功率時(shí)，可得到如下特性。

1）在SSSC降低線路功率且＞0°時(shí)，逐漸減小線路無功功率，線路首端電壓l和線路末端電壓r均會(huì)減小，而線路首端母線電壓s會(huì)增加，根據(jù)s、l與se的相量關(guān)系可知，SSSC注入電壓se的相位將減小。逐漸減小線路無功功率至負(fù)值時(shí)，線路首端電壓l低于線路末端電壓r，很容易滿足-90°＜＜0°，因此，將式（6）展開，可得所述SSSC注入線路的有功功率為

即SSSC注入線路的有功功率始終為負(fù)值，說明此時(shí)SSSC始終從線路中吸收有功功率。

結(jié)合上述條件，將式（6）展開，可得

因此，當(dāng)線路無功功率降低，使lcos＜r時(shí)，可保證se＜0，SSSC始終可從線路中吸收有功功率。

綜上，SSSC降低線路有功功率時(shí)，通過合理調(diào)節(jié)線路上傳輸?shù)臒o功功率，可以保證SSSC始終從線路吸收有功功率。在這種工況下，即使不增加外部輔助電源，SSSC也可維持自身損耗的平衡，保持穩(wěn)定運(yùn)行。

3 SSSC提升線路功率時(shí)的特征研究

由式（7）可知，SSSC在改變線路有功功率時(shí)，其注入線路的有功功率se會(huì)隨線路兩端母線電壓及相位、SSSC注入電壓及相位而變化，相關(guān)變量較多，難以找到其規(guī)律。為此，本文對(duì)SSSC控制線路功率至某一特殊運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，以此運(yùn)行點(diǎn)為例找到其運(yùn)行特征。

根據(jù)前文所述，SSSC提升線路有功功率時(shí)，等效注入一個(gè)容性阻抗，當(dāng)該容性阻抗與線路自身的電抗值l相等時(shí)，線路兩端母線的電壓相位接近，≈0°。假設(shè)在這個(gè)特殊的運(yùn)行點(diǎn)=0°，線路首末端電壓相位差為0，0的大小與電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和線路初始功率有關(guān)，利用式（7）進(jìn)一步計(jì)算此時(shí)SSSC注入線路的功率為

在=0°這一特殊運(yùn)行點(diǎn)，可以畫出SSSC在控制改變線路無功功率時(shí)的相量圖，分線路的初始無功功率（沒有SSSC時(shí)，線路按系統(tǒng)自然潮流分配的無功功率）為正功率或負(fù)功率兩種情況進(jìn)行描述，同時(shí)考慮逐漸降低線路無功功率及逐漸提升線路無功功率的情況。

由于SSSC串入線路的電壓相比線路電壓較小，換流器與線路交換無功功率的變化量相對(duì)于線路無功功率的變化量較小，可以認(rèn)為線路改變的無功功率主要是從交流系統(tǒng)其他地方轉(zhuǎn)移，因此在逐漸降低線路首端送至末端的無功功率時(shí)，線路末端的電壓r會(huì)減小、線路首端母線電壓s會(huì)增加，反之，在逐漸提升線路首端送至末端的無功功率時(shí)，線路末端的電壓r會(huì)增加、線路首端母線電壓s會(huì)減小。線路初始無功功率為負(fù)、=0°時(shí)的特性如圖4所示，線路初始無功功率為正、=0°時(shí)的特性如圖5所示。

圖5 線路初始無功功率為正、d=0°時(shí)的特性

從圖4、圖5可以看出，當(dāng)SSSC注入線路的等效阻抗為容性時(shí)，0°＜＜180°。線路阻抗角一般約為80°。下面分線路初始無功功率為負(fù)和初始無功功率為正兩種情況進(jìn)行分析。

3.1 線路初始無功功率為負(fù)或?yàn)榱?/h3>

在線路的初始無功功率為負(fù)功率時(shí)，線路末端初始電壓比線路首端母線初始電壓大，在SSSC沒有改變線路無功功率的情況下，線路首端電壓與線路首端母線電壓相同，此時(shí)r-s＞0。在線路無功功率逐漸增加時(shí)，r逐漸增加，s逐漸減少，故r-s＞0始終滿足；在線路無功功率逐漸減小時(shí)，s逐漸增加，r逐漸減少，最終將使r-s＜0。

1）線路末端母線電壓大于線路首端母線電壓

在線路末端母線電壓大于線路首端母線電壓時(shí)r-s＞0，可分為如下兩種情況。

（1）＜90°-f，0＜cos()＜cos

這種情況出現(xiàn)在線路無功功率增加到較大值時(shí)，如圖4中右上角的相量圖所示。

根據(jù)上述相量圖所示幾何關(guān)系可得

因此，進(jìn)一步可推斷

（2）90°-f＜＜180°，cos()＜0

此時(shí)可推斷

根據(jù)式（13）和式（14）所示關(guān)系式，再結(jié)合式（10）可見，在線路初始無功功率為負(fù)值，且線路末端母線電壓大于線路首端母線電壓時(shí)，SSSC注入線路的有功功率se＞0，即SSSC始終向線路注入有功功率。

2）線路末端母線電壓小于線路首端母線電壓

在線路無功功率逐漸減少的過程中，會(huì)出現(xiàn)線路末端母線電壓小于線路首端母線電壓的情況，此時(shí)r-s＜0。從圖4中左上角所示相量圖可以看出，在這一過程中，線路末端電壓r始終大于線路首端電壓l，且90°＜＜180°，90°＜＜270°，同時(shí)根據(jù)相量圖所示幾何關(guān)系，可得

由于此時(shí)cos()＜0，則有

可見，在≤180°時(shí)，se＞0。

進(jìn)一步分析與0的關(guān)系。在SSSC逐漸減小線路無功功率時(shí)，根據(jù)圖4中左上角相量圖所示幾何關(guān)系，可推算出

根據(jù)我國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行要求，35～110kV系統(tǒng)正常運(yùn)行電壓應(yīng)在0.97n～1.07n范圍內(nèi)，220kV及以上系統(tǒng)正常運(yùn)行電壓應(yīng)在n～1.1n范圍內(nèi)，其中n為系統(tǒng)額定電壓[20-21]。因此，在SSSC調(diào)節(jié)線路注入電壓時(shí)，也需保證電網(wǎng)電壓在此范圍內(nèi)。故在SSSC接入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)存在一個(gè)邊界條件，以應(yīng)用于220kV及以上系統(tǒng)為例，即

在上述條件下，SSSC注入電壓的相位最大。根據(jù)相量幾何關(guān)系，可推算出滿足

因此，結(jié)合式（16），可以推斷式（20）所示條件滿足時(shí)，se始終大于0，即SSSC始終向線路注入有功功率。

3）小結(jié)

綜上所述，在線路初始無功功率為負(fù)、=0°時(shí)，若式（20）滿足，則換流器始終向線路注入有功功率，其中的0值與電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和線路的初始有功功率有關(guān)，線路初始有功功率越小，補(bǔ)償與線路電抗相同大小的等效電容所需要串入線路的電壓越小，則0越小；反之，0越大。由于在推算過程中使用了較多的近似值替代實(shí)際值，實(shí)際在≈0°、式（20）不滿足時(shí)，也可能會(huì)出現(xiàn)換流器始終向線路注入有功功率的情況。

3.2 線路初始無功功率為正

在線路的初始無功功率為正功率時(shí)，線路末端初始電壓比線路首端母線初始電壓?。辉诰€路無功功率逐漸增加時(shí)，r逐漸增加，s逐漸減少，最終有r-s＞0；在線路無功功率逐漸減小時(shí)，s逐漸增加，r逐漸減少，r-s＜0的關(guān)系將始終保持。

1）線路末端母線電壓大于線路首端母線電壓

線路初始無功功率為正時(shí)，同3.1節(jié)1）的分析，在r-s＞0時(shí)，se＞0，即SSSC始終向線路注入有功功率，此處不再重復(fù)敘述。

2）線路末端母線電壓小于線路首端母線電壓

（1）線路無功功率減少的過程

類似3.1節(jié)2）的分析，從圖5中左上角相量圖可以看出，=0°時(shí)，在線路無功功率從初始無功功率開始逐漸減少的過程中，r-s＜0，且此時(shí)式（19）所示的最大值關(guān)系仍然滿足。因此，同樣式（20）滿足時(shí)，se始終大于0，即SSSC始終向線路注入有功功率。

（2）線路無功功率增加的過程

線路無功功率逐漸增加時(shí)，線路末端母線電壓會(huì)逐漸增加、首端母線電壓會(huì)逐漸減少，最終會(huì)達(dá)到3.2節(jié)1）所述的r-s＞0的工況，其邊界條件為r=s。線路初始無功功率為正、=0°時(shí)的分段特性如圖6所示。

圖6 線路初始無功功率為正、d=0°時(shí)的分段特性

從圖6可見，這一過程中從大于90°變化至小于90°，在90°附近，則

將式（21）代入式（10），可得

由此可見，若se始終大于0，則需

即式（23）始終滿足時(shí)，SSSC始終向線路注入有功功率，其中se的大小與線路初始有功功率相關(guān)，s-r與線路的初始無功功率相關(guān)。

3）小結(jié)

綜上所述，在線路初始無功功率為正且≈0°時(shí)，若式（20）所示條件滿足且式（23）所示條件滿足，則se始終大于0，SSSC始終向線路注入有功功率。

實(shí)際電網(wǎng)出現(xiàn)上述情況的概率較小，僅在長(zhǎng)距離線路、大功率運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)，即SSSC在線路初始有功功率為正、初始無功功率為正時(shí)，在絕大部分情況下可從線路吸收功率，此時(shí)不需增加外部輔助電源，SSSC仍可持續(xù)運(yùn)行。不過，在某些極端應(yīng)用場(chǎng)景也可能存在運(yùn)行死區(qū)，其與線路阻抗、線路初始有功功率和無功功率的大小有關(guān)。

4 SSSC提升線路功率時(shí)的特征仿真

為了驗(yàn)證上述理論分析的結(jié)論，搭建基于PSCAD/EMTDC的電磁暫態(tài)仿真模型，模型采用圖1所示的兩端等效電源、被控線路及與其構(gòu)成電磁環(huán)網(wǎng)的交流電網(wǎng)等效電抗，模型還包括SSSC的一次設(shè)備模型及相應(yīng)的控制系統(tǒng)，SSSC布置于線路首端。為便于分析SSSC與線路交換功率的特征，在SSSC的直流側(cè)增加直流電源。

所搭建SSSC仿真模型參數(shù)見表1。其中，線路兩端等效電源電壓幅值可調(diào)，被控線路的等效阻抗值參考某城市實(shí)際220kV線路，等效交流電網(wǎng)是對(duì)與被控線路構(gòu)成電磁環(huán)網(wǎng)的交流電網(wǎng)的等效。

表1 SSSC仿真模型參數(shù)

4.1 線路初始無功功率為負(fù)

利用上述仿真模型，改變送端電壓有效值為220kV、受端電壓有效值為225kV時(shí)，受控線路的初始有功功率為46MW、初始無功功率為-42Mvar，此時(shí)=≈0.3°。

通過SSSC提升線路有功功率至95MW、不改變線路的無功功率時(shí)，線路兩端母線電壓的相位差≈0°，線路兩端電壓相位差≈0.6°。進(jìn)一步，保證線路的有功功率不變，逐漸改變線路的無功功率。線路初始無功功率為負(fù)、=0°時(shí)的仿真結(jié)果如圖7所示，可以看出：

圖7 線路初始無功功率為負(fù)、d=0°時(shí)仿真結(jié)果

1）在不斷增加線路無功功率時(shí)，線路首端母線電壓s逐漸減小，而線路首端電壓l和線路末端電壓r均逐漸增加；線路首端電壓從初始時(shí)的小于線路末端電壓，逐漸變?yōu)榇笥诰€路末端電壓，且差值不斷增加；SSSC注入線路的功率逐漸增加，且一直保持為正值。

2）在不斷減小線路無功功率時(shí)，線路首端母線電壓s逐漸增加，線路首端電壓l和線路末端電壓r均逐漸減少；線路首端電壓始終小于線路末端電壓，且差值不斷增加；SSSC注入線路的功率逐漸減少、達(dá)到一個(gè)最小值后開始增加，但其值一直為正。

由此可見，仿真結(jié)果中各電壓相量變化趨勢(shì)與前述3.1節(jié)分析結(jié)果一致，SSSC在改變線路無功功率時(shí)的運(yùn)行特征與理論分析結(jié)果一致。

4.2 線路初始無功功率為正

利用上述仿真模型，改變送端電壓有效值為223kV、受端電壓有效值為220kV時(shí)，受控線路的初始有功功率為54MW、初始無功功率為12Mvar，此時(shí)=≈0.3°。

通過SSSC提升線路有功功率至95MW、不改變線路的無功功率時(shí)，線路兩端母線電壓的相位差≈0°，線路兩端電壓相位差≈0.6°。進(jìn)一步，保證線路的有功功率不變，逐漸改變線路的無功功率。線路初始無功功率為正、=0°時(shí)的仿真結(jié)果如圖8所示，可以看出：

圖8 線路初始無功功率為正、d=0°時(shí)仿真結(jié)果

1）在不斷增加線路無功功率的過程中，其特征與線路初始無功為負(fù)時(shí)的特征一樣。

2）在不斷減小線路無功功率時(shí)，其特征趨勢(shì)也與線路初始無功功率為負(fù)時(shí)的特征一樣，SSSC注入線路的功率存在一個(gè)最小值，但SSSC注入線路的功率很容易變成負(fù)值。

仿真結(jié)果中各電壓相量變化趨勢(shì)及SSSC在改變線路無功功率時(shí)的運(yùn)行特征均與前述3.2節(jié)分析的結(jié)果一致，在線路的初始無功功率為正功率時(shí)，SSSC可以從線路吸收有功功率，維持電壓源換流器的電容電壓平衡，保證其正常運(yùn)行。

5 結(jié)論

本文假設(shè)SSSC接有足夠大的直流電源，通過理論分析SSSC在正常運(yùn)行調(diào)節(jié)線路有功功率時(shí)，線路無功功率與SSSC注入線路有功功率的特征關(guān)系，并搭建仿真模型，得到了以下結(jié)論：

1）SSSC在降低線路有功功率時(shí)，通過合理調(diào)節(jié)線路的無功功率，可以從線路吸收有功功率維持自身的損耗，即SSSC可以運(yùn)行于等效注入線路感抗的工作模式。

2）若線路初始無功功率和初始有功功率同向，SSSC在提升線路有功功率時(shí)，通過合理調(diào)節(jié)線路的無功功率，可以從線路吸收有功功率維持自身的 損耗。

3）若線路初始無功功率和初始有功功率反向，SSSC在提升線路有功功率時(shí)，存在一部分有功功率區(qū)間，無論如何改變線路的無功功率，SSSC始終向線路注入有功功率，則在不加輔助電源時(shí)，SSSC在這部分功率區(qū)間無法正常運(yùn)行，即存在運(yùn)行死區(qū)。

由于系統(tǒng)的初始運(yùn)行工況會(huì)隨負(fù)荷和網(wǎng)架的變化而變化，且在SSSC投入運(yùn)行后難以推算出線路的初始功率及運(yùn)行死區(qū)的范圍，為了避免SSSC進(jìn)入運(yùn)行死區(qū)，在SSSC應(yīng)用時(shí)，推薦采用如下方案：

1）增加一個(gè)小功率的輔助直流電源，并保持SSSC工作在恒定電抗或者電容的控制模式，使輔助電源的容量降到最低，比如西班牙巴塞羅那的SSSC工程。

2）設(shè)計(jì)SSSC時(shí)考慮避免SSSC提升功率后線路兩端母線的電壓相位接近相同的情況，設(shè)計(jì)SSSC等效注入的容抗不超過線路電抗。

此外，本文在進(jìn)行仿真研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在保持線路有功功率不變、改變線路無功功率時(shí)，SSSC注入線路的功率存在最小值，該運(yùn)行特征需要更進(jìn)一步的理論分析證明。

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Research on the dead-zone characteristics of static synchronous series compensators

PAN Lei LIN Yizhe MA Xiuda HUANG Ruhai

(NR Electric Co., Ltd, Nanjing 211102)

Static synchronous series compensator (SSSC) can control the line power and improve the transmission capacity and flexibility of the power grid, but it can't control the active power and reactive power independently. In some cases, there may be operation dead-zone, so the operation characteristics of SSSC need to be analyzed in detail. Based on the structure characteristics and basic principles of SSSC, this paper analyzes the power characteristics of SSSC when changing the line power in different initial operating conditions by theoretical calculation and vector diagram analysis. It is concluded that if SSSC does not use DC auxiliary power supply, there will be a dead-zone of capacitive compensation when the initial active power and reactive power of the circuit are reversed. Furthermore, the results of theoretical analysis are verified by simulation, which provides a reference for the design and operation control of SSSC engineering applications.

static synchronous series compensator (SSSC); operational characteristics; initial power of the line; line power control; dead-zone; simulation verification

2023-07-18

2023-07-26

潘 磊（1985—），男，湖北荊州人，碩士，高級(jí)工程師，從事柔性直流輸電、統(tǒng)一潮流控制器、靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器、柔性低頻輸電等相關(guān)研究工作。