STATCOM對線路距離保護影響研究

李瀚霖　李世春　李士東　白延博

摘要：伴隨著電力電子技術的快速發展，靜止同步補償器STATCOM在電力系統被廣泛使用。STATCOM的運行狀態及控制策略愈加復雜，對繼電保護裝置的安全、可靠工作提出了更高要求。本文根據STATCOM工作原理與特性，深入分析了STATCOM在不同位置故障情況下對電力線路距離保護的影響。

關鍵詞：STATCOM；電力系統；距離保護；測量阻抗

自柔性交流輸電系統概念提出以來，靜止同步補償器STATCOM發展迅猛，其在抑制電力系統振蕩、穩定節點電壓、提高靜態穩定性及暫態穩定極限等方面發揮著重要作用。[14]

1 STATCOM基本結構和工作原理

1.1 STATCOM電路結構

本文所涉及的STATCOM采用電壓型橋式電路，其結構主要由連接電抗器、電壓型三相全橋逆變器和直流側電容3部分組成。[5]

1.2 STATCOM工作原理

靜止同步補償器STATCOM是通過電阻和電抗器將逆變電路并聯在電網上，根據系統流入的有功、無功或電壓指令，準確地調節三相全橋電路的觸發角α，控制輸出電壓的幅值與相角，進而控制補償器交流側電流實現電路吸收或者發出滿足全系統運行所需求的無功電流，實現動態無功補償作用。若系統側電壓Us>Ug，裝置吸收來自系統感性無功；若Us

1.3 STATCOM控制回路

本文使用基于SPWM技術的STATCOM控制模型，其電路模型主要包括觸發脈沖形成和控制器兩大部分。控制器的搭建思路為：通過測量STATCOM的輸入，計算STATCOM輸出電壓與系統電壓的偏差角，進而通過偏差角的動態調整實現直流側電壓調節功能，最終達到間接調節交流側輸出電壓幅值的目的。

2 STATCOM對距離保護影響分析

STATCOM安裝在線路中點可以有效提高系統的暫態穩定性，[7]本文將STATCOM安裝在線路中點，對故障發生在STATCOM之前和STATCOM之后兩種情況，對距離保護的影響進行分析。

2.1 故障發生在STATCOM之前

當故障發生在STATCOM安裝位置之前時，STATCOM不包含在故障回路里，其等效電路圖如圖1所示。

由上圖可得，M側距離保護安裝處的測量阻抗為：

（1）

通過式（1）分析可知，距離保護的測量阻抗與過渡電阻相關。STATCOM的投入會導致附加阻抗增大。不過其對結果影響相對較小，不影響阻抗繼電器地正確動作。

2.2 故障發生在STATCOM之后

若故障發生在STATCOM安裝位置之后時，系統等效電路圖如圖2所示。

由圖2所示等效電路，根據基爾霍夫電流定理，有：

（2）

與故障發生在STATCOM安裝位置之前時相比，附加阻抗除了受過渡電阻影響外，STATCOM也會產生附加阻抗。當故障發生在STATCOM安裝位置之后時，注入電流將會導致附加阻抗值增加，引起距離保護欠范圍拒動；若STATCOM從系統中吸收無功，則會導致附加阻抗值減小，導致距離保護超范圍誤動。

3 總結

本文首先對STATCOM的工作原理和控制回路進行了詳細介紹。

故障發生在STATCOM安裝位置之前時，保護測量電阻的精確度受過渡電阻影響最大，不影響阻抗繼電器地正確動作。當故障發生在STATCOM安裝位置之后時，若補償裝置向系統注入無功將會導致附加阻抗值增加，引起距離保護欠范圍拒動；若STATCOM從系統中吸收無功，則會導致附加阻抗值減小，導致距離保護超范圍誤動。

參考文獻：

[1]李少飛，李生虎.STATCOM不對稱控制策略下線路距離保護測量阻抗的改進算法[J].電力系統保護與控制，2013，41（21）：6570.

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[5]黃少鋒，劉千寬，柳煥章，等.基于補償電壓復合極化量的自適應距離繼電器[J].電力系統自動化，2007，31（19）：3845.

[6]劉青，王增平，張媛.消除STATCOM對線路距離保護影響方法的研究[J].電力系統保護與控制，2010，38（24）：9398.

[7]楊德鑫.STATCOM接入電網相關保護問題的研究[D].華南理工大學，2016.

作者簡介：李瀚霖（1990），男，碩士，助理工程師，主要研究方向為電網運行管理、繼電保護和分布式電源保護與控制。