固定串补技术与次同步振荡原理分析

电力系统固定串联电容补偿，简称固定串补（Fixed Series Compensation，FSC），就是在输电线路上串联电容。由于电容的阻抗为负值，而输电线路的阻抗为正值，因此，固定串补可以大幅减小线路的工频等效电抗，缩短线路的电气距离，提高线路的输电距离、输电能力和稳定极限，并且能够优化线路间的 潮 流 分 配［1，2］。相 比 于 可 控 串 补（Thyristor Controlled Series Capacitor，TCSC）、串联静止同步补偿器（Series Static Synchronous Compensator，SSSC）和统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，UPFC）等提高线路传输能力的柔性交流输电（Flexible AC Transmission System，FACTS）设备，固定串补结构简单、成本低、可靠性高，在全世界范围内得到了广泛的应用。

1928年前后，纽约电网曾在33 kV系统中首次采用串联电容来实现潮流均衡。作为一种提高输电能力的手段，固定串补于1950年在瑞典的230 kV系统中首次成功投运［3］。之后，随着电容器制造技术和电力系统控制技术的发展，固定串补得到了越来越多的应用。截至2008年，全世界串联补偿电容器的总安装容量已超过100 Gvar，涵盖了750 kV、500 kV、400 kV、330 kV、220 kV及以下各个电压等级［2］。

我国能源分布和负荷需求极不均衡：发电的一次能源如煤炭、水利资源等主要集中在中部和西部地区，而电力负荷主要集中在东部和南部沿海地区。致使大容量远距离输电成为我国电网的显著特点［4］。因此，固定串补在我国高压电网中有着广阔的应用空间［4，5］。

我国在1966年和1972年先后在华东电网和西北电网投入了第一套220 kV和330 kV的串联电容补偿装置。但是，由于电网结构的变化和装置本身的质量问题，这些装置相继退出运行。2000年，我国第一套500 kV固定串补投入运行。之后，固定串补在我国电力系统得到了广泛的使用［3］。截至2008年，我国固定串补总容量达9.2　Gvar。如今，我国串补技术和设备的研制能力已跻身世界先进行列［2］。(www.xing528.com)

早在20世纪30年代，人们就发现发电机带容性负载或者经由串补线路接入系统时，会在一定条件下引发振荡频率低于系统额定频率的自激现象［6，7］。当时认为，这只是一种单纯的电气谐振，并未引起人们足够的认识。对于此振荡频率而言，同步发电机处于异步发电状态，提供振荡所产生的耗能，所以这种现象被称为感应发电机效应［1，8］。

在1970年11月9日和1971年10月26日，美国亚利桑那州Mohave电站发生了两起由于固定串补导致发电机大轴损坏的事故［9］。之后，该现象才得到了业界广泛的重视和研究［9］。在我国，伊敏电厂、锦界电厂、上都电厂和托克托电厂等火力发电厂均存在类似现象［10］。

随着风电装机容量的不断提升，实际运行中也发生了风电场与固定串补间的次同步振荡问题。