静止同步串联补偿器

FACTS控制器类型

静止同步串联补偿器（SSSC）是FACTS控制器的一种，它与输电系统以串联方式联结，是应用可关断晶闸管（GTO）构成的同步电压源的控制器。它主要由电压型变换器、藕合变压器、直流环节以及控制系统组成，其中藕合变压器串联在输电线路中，直流环节一般为电容器、直流电源或储能器。具有两种控制方式:电压补偿模式和电抗补偿模式。

简介

自柔性交流输电技术(FACTS)被提出以来，已陆续出现了多种FACTS控制器。20世纪90年代初，人们提出了同步电压源的概念。

同步电压源相当于同步机，它可以产生与交流电网同相的三相可控电压来与电网交换有功功率和无功功率，而且它没有惯性，可以实时、快速地控制潮流。基于此，人们首先提出了与线路并联的静止同步补偿器(STATCOM)，并实现了产品化，获得了满意的效果。在此基础上，人们又提出了与线路串联，可控制线路有效阻抗的静止同步串联补偿器(SSSC)。

虽然又相继出现了统一潮流控制器(UPFC)、相间潮流控制器(IPFC)，但它们都和SSSC密切相关。由此，SSSC正逐渐被人们广泛认可并加以研究。

静止型串联同步补偿器的特点

基于电源逆变器的静止型串联同步补偿装置(static synchronous series compensator, SSSC)用于输电线路的串联补偿。补偿的电压与其串联的线路电流相差90。该补偿电压与线路电流无关，能在容性到感性的范围内进行控制。它具有以下一些特点:

a)不需要任何交流电容器或电抗器在线路内产生或吸收无功功率;

b)在同一电容性和电感性范围内，与线路电流大小无关地产生可控的补偿电压;

c)对次同步谐振(SSR)及其它振荡现象具有固有的抗干扰能力;

d)接入储能器后，可对线路进行有功功率和无功功率补偿(增大或减少线路功率，甚至可使其反向流动);

e)接入一直流电源后，可补偿线路电阻(或电抗)，与线路串联补偿，无关地维持电抗与电阻的高比值;

f)能快速或几乎瞬时地响应控制指令;

g)适应单相重合闸时的非全相运行状态。

SSSC的系统结构

SSSC的系统结构图如1所示，它主要由电压型变换器、藕合变压器、直流环节以及控制系统组成，其中藕合变压器串联在输电线路中，直流环节一般为电容器、直流电源或储能器。

SSSC的工作机理

SSSC作为一种串联补偿器，具有两种控制方式:电压补偿模式和电抗补偿模式。在定电压模式下，注入电压幅值是个常数(维持额定的容性或感性补偿电压)，不随线路电流变化，相位与线路电流相差90。电压补偿模式的运行方式，在电压补偿模式运行方式下，SSSC(固态逆变器和藕合变压器)的额定无功补偿容量;在电抗补偿模式下，SSSC的注入电压与补偿线路电流成比例，能够维持最大容性或感性电抗为常数。

SSSC的应用功能

1改变线路传输功率

可以有效调节和改变线路传输功率。

2提高线路X/R比值

在电压等级较低的网络中，X /R比值较小，减小该比值，线路最大传输功率一般会下降。在X /R值较小的网络中，串联电容补偿可能进一步增加线路的无功需求。SSSC接入储能装置后，可以通过控制补偿电压与线路电流的相角来实现有功功率和无功功率的补偿，无功功率补偿线路中的阻抗X，有功功率补偿线路中的电阻R，这样就可以实现提高线路X /R比值的目的。

3改善系统稳定性

从动态系统稳定性的角度看，无功功率线路的补偿和同步有功功率的交换能够提高系统的振荡阻尼，从而有利于提高系统的动态稳定性。比如，在系统功角增加时，带有储能的SSSC提供最大容性补偿来增加传输有功功率，同时吸收有功功率作为串联线路的一个阻尼器，这时的SSSC相当于一个电阻，消耗系统多于有功，向系统提供正阻尼。当系统功角减小时，SSSC的控制策略刚好相反，也即提供感性补偿减小线路传输有功功率，同时向线路提供有功功率，此时的SSSC相当于发电机，向系统提供负阻尼。

4避免谐振

串联电容补偿由于其补偿电抗是频率的函数，因此它可以在某种频率下与网络中存在的其它感性电抗一起引起谐振。在此谐振频率下，电力系统可以加强某一发电机汽轮机的机械谐振，引起次同步谐振(SSR)，这种次同步谐振可以导致发电机的损坏。SSSC实质上是一个交流电压源，有固定的控制输入，仅仅在被选定的基本输出频率下操作，在其它频率下，其输出阻抗为零。

与其它串联补偿装置的比较

SSSC是一种电压源型的串联补偿装置，TSSC, TCSC和GCSC是可变电抗型串联补偿装置，两类补偿装置都能提供有效的潮流控制，但是它们的运行方式和控制特性有很大不同。归纳如下:

a) SSSC能产生一可控的不依赖与线路电流的感性或容性电压，而GCSC和TSSC在给定的控制范围内补偿电压与线路电流成比例。

b) SSSC能够与储能装置接口，既可以向系统提供无功补偿又可以提供有功补偿，能够维持线路的X /R高比值，而其它串联补偿只能与线路交换无功，不能交换有功。

C)通过调节无功补偿来增加或减少传输功率以及同时向线路注入一个虚拟的正电阻(或负电阻)来吸收(或发出)有功功率，SSSC可以有效抑制系统的功率振荡，而其它变阻抗型的串联补偿智能通过调节无功补偿来阻尼系统的功率振荡。

d ) TSSC和TCSC采用传统的晶闸管控制，晶闸管多是一些功率半导体，额定电压和电流很高，而且向系统注入低阶谐波分量，线路暂态过程缓慢，闭环控制方式复杂，容易产生并联谐振。而SSSC采用基于GTO的电压源逆变器，可关断晶闸管有更低的额定电压和电流，理想的SSSC在基波频率下产生纯正弦的交流电压，在其它频率下其输出阻抗为零，而且SSSC不会与感性线路共振澎发次同步振荡。

e) TSSC, TCSC, GCSC直接和输电线路稚合，安装电压等级更高，对其冷却系统和控制接口的绝缘要求很高。而SSSC通过藕合变压器与线路串联，对绝缘要求相对要低。

f)通过调整U,,。可以提高电压，也可以在轻载或空载状态下降低电压，而固定电容器补偿无攻功率只能在低压状态下提高线路电压，且补偿效果受线路电流的影响。固定电容器补偿电抗是频率的函数，串入线路容易导致系统发生次同步谐振SSR，而SSSC提供的阻抗与频率没有关系。

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