柔性交流輸電系統(tǒng)概論

1、電力(dinl)電子在電力(dinl)系統(tǒng)中的應用 柔性交流輸電系統(tǒng)共一百零八頁主要(zhyo)參考書：高壓直流輸電與柔性交流輸電，楊曉萍編著。電力電子技術在電力系統(tǒng)(din l x tn)中的應用，陳建業(yè)等編著。柔性交流輸電系統(tǒng)，程漢湘編著。柔性電力技術電力電子在電力系統(tǒng)中的應用，韓民曉等編著。共一百零八頁引言(ynyn)電能作為一種特殊形式的二次能源，具有清潔、易于傳輸和便于轉(zhuǎn)換和控制等特點，在我們的現(xiàn)代(xindi)生活中得到越來越廣泛的應用?？萍嫉陌l(fā)展使現(xiàn)代(xindi)生活日益依賴于優(yōu)質(zhì)、可靠的電能供應，電能是現(xiàn)代(xindi)生活的“氧氣”，安全可靠的電能供應是現(xiàn)代(xindi)生

2、活的重要基石。美國加州2001年延續(xù)十余月、波及數(shù)十萬用戶的電力危機就給全世界上了生動的一課共一百零八頁電能使用(shyng)的快速增長以及對低成本能源的需求、環(huán)保要求的提高，逐漸導致了遠離負荷中心的發(fā)電站的大量開發(fā)。負荷中心的電能越來越依賴于由位于遠端的發(fā)電中心通過長距離輸電來提供。共一百零八頁利用交流電壓進行大規(guī)模的電能傳輸有兩個基本條件：一是各同步發(fā)電機組必須穩(wěn)定地保持同步，確保電力系統(tǒng)在標稱頻率下運行。二是系統(tǒng)(xtng)各級的電壓必須維持在其標稱值附近。共一百零八頁電力系統(tǒng)控制的基本功能就是在允許每一個用戶可以根據(jù)自身需要隨時投切負荷的條件下，將所提供的電能的頻率和電壓控制在標稱值附

3、近一個不大的范圍之中。這個看似簡單(jindn)的問題構成了對電力系統(tǒng)控制的最大挑戰(zhàn)！共一百零八頁電力系統(tǒng)已進入大系統(tǒng)、超高壓遠距離輸電、跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的新階段，社會經(jīng)濟的發(fā)展促使現(xiàn)代電網(wǎng)的管理和運行方式發(fā)生變革，對其安全可靠、穩(wěn)定、高效、靈活運行控制的要求(yoqi)日益提高，從而急需發(fā)展新的調(diào)節(jié)手段，提高其可控性。共一百零八頁近年來電力電子器件容量的迅速增大，控制理論以及計算機信息處理(chl)等技術的發(fā)展，電力電子裝置已經(jīng)能夠進入輸電系統(tǒng)的一次回路進行控制，從而為輸電控制手段的改善和換代提供了可能。共一百零八頁在這種情況下，20世紀80年代美國科學家Hingorani先生提出了柔性交流輸電技

4、術(jsh)的概念（FACTS：Flexible AC transmission System），經(jīng)過近30年得研究和工程應用，使相關技術(jsh)得到不斷的發(fā)展和完善。共一百零八頁FACTS技術的產(chǎn)生和發(fā)展是解決交流輸電系統(tǒng)運行和發(fā)展中的各種困難(kn nn)的客觀需要，這表現(xiàn)在以下幾個方面：a.由于負荷和電力市場的需求以及環(huán)境問題的日益嚴峻，獲得能多送電力的新建輸電線的走廊更加困難（一些發(fā)達國家中已經(jīng)無法在城市附近再修建架空(jikng)線路）等原因，而電力需求又持續(xù)增加，對供電質(zhì)量要求愈來愈高，使已有輸電線的負擔日益加重，輸送能力不足的矛盾日益突出。交流輸電系統(tǒng)的輸電能力受到系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)

5、定、暫態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的限制，傳統(tǒng)交流輸電系統(tǒng)由于前四種穩(wěn)定的限制，使其輸電能力遠遠低于其熱穩(wěn)定極限。因此，對提高輸送能力的有關技術措施的需求也日益緊迫。共一百零八頁b.交流輸電系統(tǒng)的功率可控性差，即不容易控制輸電網(wǎng)絡中的功率流向。在互聯(lián)系統(tǒng)中，當改變某條線路的功率時，會同時改變其它線路的功率，或?qū)е颅h(huán)流，使整個系統(tǒng)的潮流都重新分布。功率分布的自由潮流常造成功率繞送（即走遠道不走近路）或功率倒流（即主輸送方向(fngxing)中又存在逆向輸送）的問題，這將導致輸電系統(tǒng)的大量電能損耗和輸電能力下降，造成輸電過程的“瓶頸”。共一百零八頁c.傳統(tǒng)輸電系統(tǒng)中用于提高輸電能力和穩(wěn)定性的

6、設備有串聯(lián)電容補償、并聯(lián)電容補償、并聯(lián)電抗補償、電氣制動電阻和移相器等，它們可以通過調(diào)整(tiozhng)線路電壓、阻抗和功角來改變系統(tǒng)潮流分布和改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，但這些設備都是機械操作的，反應速度慢，從而限制了其控制能力和快速性，這也是影響輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定的重要因素。共一百零八頁1.1 概述(i sh)1.2 電能(dinnng)質(zhì)量的基本概念1.3 傳輸線路的互連1.4 并行線路中的功率潮流1.5 什么限制負荷容量1.6 傳輸網(wǎng)絡互聯(lián)的潮流和動態(tài)穩(wěn)定1.7 幾個重要參數(shù)整定的說明1.8 FACTS控制器的基本類型1.9 FACTS控制器的定義和功能簡介1.10 FACTS技術的優(yōu)勢

7、首 頁第一章 柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）概論1.11 高壓直流輸電（HVDC）與FACTS的前景共一百零八頁1.1 概述(i sh) 下 頁返回FACTS技術是電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用的一個重要(zhngyo)方面，它已在電能的生產(chǎn)、傳輸和分配的各個環(huán)節(jié)都得到了應用，是電力系統(tǒng)發(fā)展的一個重要(zhngyo)里程碑。共一百零八頁電力電子技術與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制設備的結合，使電力系統(tǒng)中影響潮流分布的電壓、線路阻抗及功角這三個主要電氣參數(shù)能得到迅速調(diào)整。在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡結構的前提下，F(xiàn)ACTS使網(wǎng)絡的功率傳輸能力以及對潮流和電壓的可控性大為提高，能對系統(tǒng)運行參數(shù)中的一個(y )或多個產(chǎn)生影

8、響。FACTS是逐漸加入現(xiàn)行的交流系統(tǒng)而不是摒棄現(xiàn)有系統(tǒng)，F(xiàn)ACTS與現(xiàn)行的交流輸電系統(tǒng)并行發(fā)展，可以(ky)完全兼容。共一百零八頁下 頁上 頁返 回電力系統(tǒng)潮流(choli)分布 傳輸線阻抗、發(fā)送端和接收端電壓(diny)幅值、以及這兩個電壓(diny)相位之間相角差的函數(shù)。 共一百零八頁對于交流輸電系統(tǒng)而言，可以通過(tnggu)提高輸電系統(tǒng)的電壓，增大線路的功率角以及減小輸電線路的阻抗來達到提高現(xiàn)有輸電線路的傳輸功率。共一百零八頁我國目前主干網(wǎng)的最高輸電輸電電壓已達到(d do)500KV（目前正在發(fā)展750KV、1000KV），進一步提高輸電電壓會帶來一些列技術和經(jīng)濟問題；而利用增加并

9、行回線的方法減小線路阻抗，除了存在經(jīng)濟性的問題外，還受到難以獲得新的輸電走廊的困擾。共一百零八頁采用直流輸電進行超長距離輸電，以及引入各種補償方法以減小交流線路的等效阻抗就成為21世紀(shj)電力系統(tǒng)控制器的兩個并行的發(fā)展方向。共一百零八頁一般情況下，通過并聯(lián)電容器的方法就能夠保證系統(tǒng)電壓在規(guī)定范圍內(nèi)運行。在輸電線路上串聯(lián)電容器可減少輸電線路的阻抗，因而也能提高輸電線路的輸送能力。移相變壓器則是在輸電線路送、受端之間引入相位偏移，因而也能達到(d do)控制潮流的目的。共一百零八頁然而，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制設備都是機械型的，它們的響應速度慢，而且只能(zh nn)分級投切。從穩(wěn)態(tài)運行的角度看，

10、這種機械裝置可起到穩(wěn)定運行的作用；但從動態(tài)控制的角度看，由于它的響應速度太慢，不能有效地減少瞬態(tài)振蕩，因此在系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定中起不到有效作用。共一百零八頁可以連續(xù)調(diào)節(jié)且可以高速響應的控制器是現(xiàn)代電力系統(tǒng)(din l x tn)向提供高質(zhì)量電能的根本保證，而近年來迅速發(fā)展的電力電子技術正是實現(xiàn)上述要求的最佳選擇。共一百零八頁下 頁返回較大范圍地控制潮流使之按指定路徑流動 。保證輸電線的負荷可以接近熱穩(wěn)定極限，但不會出現(xiàn)過負荷 。在控制的區(qū)域內(nèi)可以傳輸更多的功率，因而能減少發(fā)電機的熱備用 。在系統(tǒng)短路和設備故障情況下，能夠防止出現(xiàn)線路連鎖跳閘的“骨牌效應” 。阻尼可能(knng)會損壞設備或限制輸電容

11、量的各種電力系統(tǒng)振蕩 FACTS主要功能熱備用是指運轉(zhuǎn)(ynzhun)中的發(fā)電設備可能發(fā)的最大功率與系統(tǒng)發(fā)電負荷之差，也叫運轉(zhuǎn)(ynzhun)備用或旋轉(zhuǎn)備用. 共一百零八頁下 頁上 頁返 回 FACTS 建立在電力電子或其它靜止型控制器基礎之上的、能提高可控性和增大電力傳輸能力的交流輸電(shdin)系統(tǒng)。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回FACTS傳輸系統(tǒng) FACTS代表一種靈活性更好的交流輸電系統(tǒng)，有別于以往的交流輸電系統(tǒng)；FACTS結構基礎是電力電子器件與其它(如電容器、電抗器之類)無源元件的組合；FACTS的目的一是要提高輸電系統(tǒng)的快速可控性、保證電能質(zhì)量，并能增強(zngqing)系統(tǒng)

12、傳輸能力。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.2 電能(dinnng)質(zhì)量的基本概念 電能質(zhì)量 電壓(diny)質(zhì)量 實際電壓與理想電壓的偏差。電流質(zhì)量 實際電流與理想電流的偏差。 功率質(zhì)量 電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量的綜合。電源質(zhì)量 包括電壓質(zhì)量的技術部分和非技術部分的“服務質(zhì)量” 。后者涉及到用戶和電力部門之間的關系 共一百零八頁下 頁上 頁返 回電磁兼容一個設備或一個系統(tǒng)在它的電磁環(huán)境中能夠滿意工作的能力，同時它不會(b hu)對該環(huán)境中的任何其它設備造成難以容忍的電磁干擾。 消費(xiofi)質(zhì)量 可以看成是電源質(zhì)量的補充，也可以看成是電流質(zhì)量再加上用戶的一些信用質(zhì)量。 在本書的內(nèi)容中，凡涉及

13、到電能質(zhì)量方面的術語，都是指實際電壓和/或電流與理想波形之間的偏差共一百零八頁電能(dinnng)質(zhì)量控制的發(fā)展，特別是現(xiàn)代電能(dinnng)質(zhì)量的發(fā)展與電力電子技術的發(fā)展是緊密相連的。電能質(zhì)量的基本內(nèi)容主要包含電壓幅值、系統(tǒng)頻率、有功和無功的調(diào)節(jié)、輸送容量和功率因數(shù)的提高、諧波抑制等。共一百零八頁傳統(tǒng)的電能質(zhì)量控制設備一般都是由無源元件或是帶有旋轉(zhuǎn)部分的裝置所組成，當然電能質(zhì)量的控制也有很多是通過調(diào)節(jié)發(fā)電機組的運行狀態(tài)來實現(xiàn)的。但電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)之間的互連度、傳輸距離(jl)的增加，以及不同負荷性質(zhì)的大型企業(yè)的出現(xiàn)，使完全依靠發(fā)電機組和無源元件來完成電能質(zhì)量的控制已經(jīng)不是太有效了共

14、一百零八頁FACTS技術的出現(xiàn)，使得(sh de)電能質(zhì)量控制的概念以及實現(xiàn)手段發(fā)生了根本性變化。它不但能實現(xiàn)發(fā)電廠、輸電線路的電能質(zhì)量控制，而且還能對不同性質(zhì)的負荷實現(xiàn)優(yōu)化運行控制。傳統(tǒng)電力負荷的電壓、頻率調(diào)節(jié)特性較差即負荷從系統(tǒng)取用的有功功率和無功功率隨系統(tǒng)電壓、頻率的波動而發(fā)生變化，這對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定(wndng)運行是有利的，但對用電設備的穩(wěn)定(wndng)運行則是不利的。共一百零八頁FACTS裝置所起到的作用大小，除了與控制技術有關(yugun)外，在很大程度上還取決于電力電子器件的容量大小。共一百零八頁下 頁上 頁返 回010203040功率容量MVA)1990198019702

15、000年（）晶片直徑（英寸）晶閘管2.5KV1KA(2)4KV1.5KA(3.5)12KV1KA(4)8KV4KA(6)GTO4.5KV2KA(2.5)4.5KV3KA(3)4.5KV4KA(3.5)6KV6KA(6)IGCT4.5KV3KA(3.5)4.5KV4KA(4)6KV4KA(4)HVIGBT4.5KV0.9KA共一百零八頁晶閘管雙向晶閘管下 頁上 頁返 回MOSFETIGCTGTOIGBT(Discrete)IGBT MolduleIPM器件額定容量10k100M10M1M1k100k1001010工作頻率(HZ)1M10k100k1k100共一百零八頁電力電子器件正朝著容量越來越

16、大、頻率越來越高的方向發(fā)展。正是(zhn sh)由于有了電力電子技術的迅猛發(fā)展，才使得FACTS得以進步。共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.3 傳輸(chun sh)線路的互連 1.3.1 為什么傳輸(chun sh)線路要互連？傳輸線路相互連接有利于共享發(fā)電廠和負荷中心，充分利用多元化負荷、有效利用電力資源，能將發(fā)電廠的總發(fā)電量和燃料的成本降到最低。共一百零八頁另一個問題是，如果有了網(wǎng)絡互連，但系統(tǒng)設計者沒能利用先進的分析方法將輸電計劃與發(fā)電/輸電成本結合起來分析，那么這種系統(tǒng)也不能保證電力與傳輸之間有最適宜的平衡。新建的互連輸電線路同樣存在(cnzi)建設費用和線路損耗問題，這也經(jīng)常限制電

17、能的有效傳輸。在很多情況下，要獲得經(jīng)濟的資源或者資源共享似乎會受到輸送容量的限制，而且這種情況現(xiàn)在依然沒有得到有效地解決。共一百零八頁另一方面，隨著電力傳輸?shù)陌l(fā)展，電力系統(tǒng)的運行已變得更加復雜，系統(tǒng)在大故障后穩(wěn)定運行的可靠性顯著降低，導致大量電能不能得到適當控制。過多的無功功率充斥著系統(tǒng)的不同部分，系統(tǒng)不同部分的動態(tài)波動(bdng)會相互影響，并出現(xiàn)傳輸瓶頸，所有這些都將導致不能充分發(fā)揮輸電系統(tǒng)相互連接的潛力。共一百零八頁傳輸容量的增加、缺乏(quf)長期規(guī)劃、開通電力公司和消費者之間的溝通渠道等，所有這些均已構成供電安全性問題，并有可能造成供電質(zhì)量的下降。要緩解這種下降的趨勢，F(xiàn)ACTS技術

18、是必不可少的。共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.3.2 FACTS 的機遇(jy) 電力工業(yè)的不斷進步，超高壓、大容量、遠距離輸電已成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)(din l x tn)的重要標志。 為了滿足日益增長的電能需要，許多電能質(zhì)量控制設備都是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡結構設計的，而不是通過另外新增網(wǎng)絡達到要求的。這樣可能導致在某些輸電線路上功率潮流遠低于其熱穩(wěn)定極限，而其它線路上卻超負荷運行。此時，系統(tǒng)所反映出的總體效果是穩(wěn)定性和安全性降低，電壓波形出現(xiàn)畸變。而聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的擴大和發(fā)電容量的不斷增加，使電力工業(yè)在管理電力系統(tǒng)的技術反面面臨諸多問題，如果處理不當，有可能出現(xiàn)意想不到的事故。共一百零八頁下 頁上 頁返

19、回1.3.2 FACTS 的機遇(jy) 發(fā)電資源分布不均勻，需要高電壓長距離輸送大量的電能。 隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力負荷也持續(xù)增加，必須提高(t go)輸電線路的輸送能力。 充分利用輸電線路,降低輸電成本的提高，減少經(jīng)濟損失。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回FACTS 技術能夠為現(xiàn)有的電能控制開辟一個(y )新的途徑，使現(xiàn)有設備的容量得到有效利用。FACTS 控制器可以控制傳輸系統(tǒng)運行中相互關聯(lián)的參數(shù)，使傳輸線路上輸送的功率接近線路的熱容設定值。FACTS是多個控制器的集合體，可以用來克服指定傳輸線路或通道的特殊限制。用FATCS改善線路傳輸能力，一般只需增加必要的投資FACTS 技術

20、就能不斷擴展線路的傳輸限制。共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.4 交流(jioli)輸電系統(tǒng)中的功率潮流 1.4.1 并行線路(xinl)中的功率潮流 阻抗=2X功率=2/3X阻抗=X功率=1/3負荷負荷功率潮流直流高壓輸電線路負荷負荷可變阻抗功率潮流負荷負荷可變相角功率潮流負荷負荷共一百零八頁下 頁上 頁返 回1400MW103000MW2000MW10600MW1600MW5ABC1000MW1750MW103000MWC1250MW571000MWB2000MWA10250MW-4.241000MW1750MW103000MWC1250MW510250MW2000MWAB1.4.2 網(wǎng)孔

21、潮流(choli)1750MW103000MWC2000MWA10250MW1250MW51000MWB-5共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.5 什么(shn me)限制負荷容量？ 限制(xinzh)負荷容量 熱容量電介質(zhì)穩(wěn)定性共一百零八頁下 頁上 頁返 回穩(wěn)定性暫態(tài)穩(wěn)定性動態(tài)(dngti)穩(wěn)定性靜態(tài)(jngti)穩(wěn)定性頻率崩潰電壓崩潰次同步諧振共一百零八頁一般說來，穩(wěn)定性限制決定的傳輸容量極限(jxin)小于其他因素。以單回常規(guī)500KV交流輸電線路為例，目前其自然功率、典型熱容量極限(jxin)和受穩(wěn)定性約束的實際運行功率分別為1000MW、3000MW和6001700MW。因此，提高系統(tǒng)

22、穩(wěn)定性是提高電網(wǎng)傳輸容量的首要內(nèi)容，其最終目標是將電網(wǎng)傳輸容量提高到熱穩(wěn)定和絕緣極限(jxin)。共一百零八頁自然功率又稱為波阻抗負荷，是表示輸電線路的輸電特性的一個特征參量。當線路輸送有功功率達到某個值的時候，此時線路消耗和產(chǎn)生的無功正好平衡，此時輸送的功率就稱為自然功率。它主要用來分析(fnx)輸電線路的輸電能力、電壓和無功調(diào)節(jié)等問題。當線路輸送自然功率時，由于線路對地電容產(chǎn)生的無功與線路電抗消耗的無功相等，因此送端和受端的功率因數(shù)一致；當輸送功率低于自然功率時，由于充電功率大于線路消耗無功，必然導致線路電壓升高；相反，當線路輸送功率大于自然功率，由于無功不足，需要額外的無功補償，在沒有無

23、功補償?shù)那闆r下，線路電壓就會下降。所以，線路在輸送自然功率的時候，經(jīng)濟性最好、最合理。共一百零八頁U2d2下 頁上 頁返 回1.6 傳輸網(wǎng)絡互聯(lián)的潮流(choli) 和動態(tài)穩(wěn)定12U1d1U2d2P&QU1d1DULI=DUL/x 相位滯后DUL90 I共一百零八頁電流在電壓方向上的分量為有功電流，在電壓垂直(chuzh)方向上的分量為無功電流。共一百零八頁下 頁上 頁返 回U1處有功(yu n)電流潮流： Ip1=(U2sind)/xU1處無功電流潮流： Iq1 =(U1-U2cosd)/xU1處有功功率： P1=U1(U2sind)/xU1處無功功率： Q1=U1(U1-U2cosd)/x

24、U1sindU1U2U1sindU1cosdU2sinddIq1=(U1-U2cosd)/x(U1-U2cosd)U2cosdIp1=U2sind/x共一百零八頁U2處有功電流潮流(choli)： Ip2=(U1sind)/xU2處無功電流潮流： Iq2 =(U2-U1cosd)/xU2處有功功率： P2=U2(U1sind)/xU2處無功功率： Q2=U2(U2-U1cosd)/xU1sindU1U2U1sindU1cosdU2sinddIq1=(U1-U2cosd)/x(U1-U2cosd)U2cosdIp1=U2sind/x下 頁上 頁返 回因P1 和 P2 相同(xin tn)，所以：

25、P=U1(U2sind)/xIp2=U1sind/x(U2-U1cosd)Iq2=(U2-U1cosd)/x共一百零八頁下 頁上 頁返 回18090PmaxPowerP= sindU1U2X0dIU1-U2U2U1IIU2U1U1-U2注入電壓采用(ciyng)FACTS技術改善潮流的基本方式IU1-U2U2U1I注入電壓共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.7 幾個重要參數(shù)(cnsh)整定的說明控制線路阻抗X可有效控制線路的電流。當傳輸(chun sh)角d（或功角）較小時，控制線路阻抗X或傳輸角可有效控制有功功率。線路阻抗X的控制 共一百零八頁下 頁上 頁返 回傳輸(chun sh)角的控制

26、傳輸角的改變能顯著控制端點電壓。在傳輸線中以串聯(lián)方式注入一個電壓源，這個注入的串聯(lián)無功功率補償電壓可有效控制線路(xinl)電流，改變有功功率的潮流。調(diào)節(jié)注入電壓的幅值和它與端點電壓之間的相位，可控制線路電流的大小和相位。共一百零八頁下 頁上 頁返 回串聯(lián)控制器的容量通常只需設計為占線路傳輸容量很少的一個百分比。當相角較小時，可通過線路的互連來控制無功功率潮流。將串聯(lián)控制器與并聯(lián)連接的電壓調(diào)節(jié)器結合起來，就可構成另一種(y zhn)形式的阻抗控制器，它能有效的控制兩個系統(tǒng)間的有功和無功功率潮流。共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.8 FACTS控制器的基本(jbn)類型FACTS控制器 串聯(lián)(c

27、hunlin)型控制器并聯(lián)型控制器串并組合型控制器串串組合型控制器共一百零八頁下 頁上 頁返 回串聯(lián)(chunlin)型控制器串聯(lián)型控制器相當于一個可變阻抗，可以是電容器，電抗器等，也可以是一個由電力電子器件組成的可變阻抗，在主頻、次同步和諧波頻率（或它們的組合）變化時滿足所希望(xwng)的要求。共一百零八頁下 頁上 頁返 回串聯(lián)型控制器以注入串聯(lián)電壓的形式接入線路，只要該串聯(lián)電壓與流過它的線電流正交，串聯(lián)控制器只能提供或吸收可變的無功功率，在其它(qt)任何相位關系時，則此串聯(lián)電壓都會涉及到有功功率的交換。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回并聯(lián)(bnglin)型控制器并聯(lián)型控制器可以是可變阻

28、抗，可變電源(dinyun)，或者是它們的組合。并聯(lián)型控制器在并聯(lián)連接點處給系統(tǒng)注入一個電流。只要該注入電流與線路電壓之間的相角差為90，則并聯(lián)控制器只能提供或吸收可變無功功率，任何其它的相位關系均涉及有功功率的交換。共一百零八頁下 頁上 頁返 回串串組合型控制器這類控制器可以是各自獨立的串聯(lián)控制器的組合,也可以是一個(y )統(tǒng)一控制器。此類控制器中，串聯(lián)控制器能獨立的對各自所控制的線路進行串聯(lián)無功補償控制，也可通過直流側連接(linji)的線路與交流系統(tǒng)交換有功功率。直流連接共一百零八頁下 頁上 頁返 回統(tǒng)一串串型控制器轉(zhuǎn)換的有功功率能使線路中的有功潮流和無功潮流得到(d do)平衡，并能最

29、大限度地利用傳輸系統(tǒng)。共一百零八頁下 頁上 頁返 回串并組合型控制器該類控制器是單個并聯(lián)和串聯(lián)控制器的組合，這些獨立的控制器之間能夠(nnggu)相互協(xié)調(diào)工作。協(xié)同控制共一百零八頁下 頁上 頁返 回組合的并聯(lián)和串聯(lián)控制器一般(ybn)是用并聯(lián)部分給系統(tǒng)注入電流，用串聯(lián)部分在線路上注入一個電壓。當并聯(lián)和串聯(lián)控制器在統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作時，相互連接的串、并聯(lián)控制器的直流側一般都會涉及到有功功率的交換。共一百零八頁下 頁上 頁返 回特點串聯(lián)型控制器對工作電壓、電流和功率潮流有直接的影響。增加或減少串聯(lián)型控制器的串聯(lián)電壓可改善(gishn)電壓質(zhì)量。串聯(lián)型控制器必須設計成能夠承受意外故障電流和動態(tài)過負荷電流，

30、并且能夠通過或旁路掉短路電流。共一百零八頁下 頁上 頁返 回并聯(lián)型控制器可對電壓進行有效的控制，并起到阻尼電壓振蕩的作用。并聯(lián)型控制器在維持變電站母線電壓質(zhì)量方面非常有效。 并聯(lián)控制器只針對母線上的節(jié)點，不會對母線電壓的控制造成(zo chn)負面的影響。并聯(lián)型控制器無論在何種情況下，都不能控制整條線路的潮流。共一百零八頁下 頁上 頁返 回 綜合控制(kngzh)器是集功率潮流、電流潮流和線路電壓控制(kngzh)于一體的有效控制(kngzh)器。交流線路協(xié)同控制共一百零八頁下 頁上 頁返 回FACTS控制器結構中有由直流轉(zhuǎn)變成交流電的變流器，可實現(xiàn)與交流系統(tǒng)有功及無功功率的交換。在保證輸出所

31、需的電壓或電流的前提下，變流器儲能大小應支撐交流工作周期的十分之幾的時間,具體時間應視控制器結構而定。一些(yxi)其它的儲能裝置均可通過電力電子器件的接口方式，提供或補充變流器的直流儲能。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回以變流器為基礎的串聯(lián)(chunlin)型、并聯(lián)型或串并組合型控制器具有電儲能的部分。 儲能設備直流連接儲能設備儲能設備共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.9 FACTS控制器的定義和功能(gngnng)簡介 1.9.1 FACTS的功能(gngnng)簡介 電壓源型變流器電流源型變流器基于電壓源和電流源變流器的靜止同步補償器(STATCOM) +-共一百零八頁下 頁上 頁返 回

32、帶有儲能(ch nn)的靜止同步補償器晶閘管控制(kngzh)的制動電阻器（TCBR） 接口儲能設備-+共一百零八頁下 頁上 頁返 回TSC濾波器TCR , TSR靜止無功補償器(SVC), 靜止無功發(fā)生器(SVG), 靜止無功系統(tǒng)(xtng)(SVS)，晶閘管控制的電抗器(TCR), 晶閘管投切電容器(TSC)和晶閘管投切電抗器(TSR)共一百零八頁下 頁上 頁返 回電力(dinl)傳輸?shù)娜嵝?在電力(dinl)傳輸系統(tǒng)的不同變化或不同運行條件下，輸電系統(tǒng)的自適應能力，以及在此條件下維持足夠穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)穩(wěn)定裕量的能力。 柔性交流輸電系統(tǒng) 以電力電子器件或其它靜止控制器來增強可控性和增大電力傳輸

33、能力的交流輸電系統(tǒng)。共一百零八頁下 頁上 頁返 回FACTS 控制器 用來控制一個或多個交流傳輸系統(tǒng)參數(shù)的電力(dinl)電子器件構成的系統(tǒng)或其它靜止裝置。共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.9.2 并聯(lián)(bnglin)型控制器 靜止(jngzh)同步補償器 起靜止無功補償器作用的一種靜止同步發(fā)生器，它并聯(lián)在系統(tǒng)上，可控制其容性或感性輸出電流，且控制與系統(tǒng)電壓無關。 +-共一百零八頁下 頁上 頁返 回靜止(jngzh)同步發(fā)生器 一種靜止自換相電力變流器，它由一個適當?shù)碾娫刺峁╇娔埽⒛墚a(chǎn)生一組幅值可調(diào)的多相交流輸出電壓，這種變流器可與交流系統(tǒng)連接，以達到(d do)獨立交換可控的有功和無功功率

34、的目的。共一百零八頁下 頁上 頁返 回電池(dinch)儲能系統(tǒng) 一種(y zhn)帶有化學儲能系統(tǒng)的并聯(lián)式電壓型變流器，該變流器可快速調(diào)節(jié)提供給交流系統(tǒng)或從交流系統(tǒng)吸取的電能。 接口儲能設備-+共一百零八頁下 頁上 頁返 回超導(cho do)磁能存儲器 一種含有電力電子變流器的超導電磁儲能裝置，它可快速輸出或吸收有功或無功功率，或者在交流系統(tǒng)中能動態(tài)(dngti)地控制潮流。靜止無功補償器 一種并聯(lián)聯(lián)接的靜止無功發(fā)生器或吸收器，它的輸出電流可調(diào)節(jié)為容性或感性，以便保持或控制電力系統(tǒng)的一些特定參數(shù)（典型參數(shù)一般為母線電壓）。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回TSC濾波器TCR , TSR晶閘管

35、控制(kngzh)的電抗器 一種并聯(lián)聯(lián)接的晶閘管控制的電感，其有效電抗值由晶閘管以不斷變化(binhu)的部分導通方式來控制。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回TSC濾波器TCR , TSR晶閘管投切電抗器 一種并聯(lián)聯(lián)接的晶閘管切投電感，其有效電抗由晶閘管以全部導通或零導通的跳變方式(fngsh)來控制。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回TSC濾波器TCR , TSR晶閘管投切電容器 一種并聯(lián)聯(lián)接(lin ji)的晶閘管投切電容器，其有效電抗由晶閘管以全部導通或零導通的階躍變化方式來控制。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回靜止(jngzh)無功發(fā)生器或吸收器 一種靜止型電氣裝置、設備或系統(tǒng)，它可從電

36、力系統(tǒng)(din l x tn)吸收可控的容性和/或感性電流，或是發(fā)出或吸收無功功率。通常它是由并聯(lián)聯(lián)接的晶閘管控制電抗器（組）和晶閘管投切電容器組構成。靜止無功系統(tǒng) 由各種靜止和機械開關組成的無功補償器，其輸出可相互協(xié)調(diào)配合。共一百零八頁下 頁上 頁返 回晶閘管控制的制動(zh dn)電阻 一種(y zhn)并聯(lián)聯(lián)接的晶閘管投切電阻器，用于增強電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制，當系統(tǒng)出現(xiàn)擾動時能減小發(fā)電機組的加速功率。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.9.3 串聯(lián)(chunlin)型控制器 靜止(jngzh)同步串聯(lián)補償器 一種靜止型無外部電能支撐的串聯(lián)同步補償器，其輸出電壓與線路電流矢量正交，且輸出電

37、壓的控制與線路電流無關，能實現(xiàn)增加或減小整條線路阻抗上的電抗性電壓降，從而達到控制傳輸功率的目的。線路+-共一百零八頁下 頁上 頁返 回SSSC亦可包括瞬態(tài)額定儲能或能量吸收設備，通過附加的瞬態(tài)有功功率的補償，能增強電力系統(tǒng)的動態(tài)性能，并可短暫性的增大或減小整個傳輸(chun sh)線路有功（電阻性的）電壓降。線路+-線路接口電路儲能設備+-共一百零八頁線間潮流(choli)控制器 由兩個或多個靜止同步串聯(lián)補償器組成的控制器，它們的直流側互聯(lián)在一起，以利于每條線路的有功功率在不同SSSC的交流端子之間雙向流動，各SSSC能獨立地提供無功補償、調(diào)節(jié)(tioji)每條線路上的有功功率潮流，并維持所

38、希望的潮流分布，或者能控制各線路間的無功功率潮流。 直流連接共一百零八頁下 頁上 頁返 回晶閘管控制的串聯(lián)(chunlin)電容 一種容性電抗補償器，它由串聯(lián)電容器組與晶閘管控制的電抗器并聯(lián)組成，以提供(tgng)平滑變化的容性串聯(lián)電抗。 線路共一百零八頁下 頁上 頁返 回晶閘管控制(kngzh)的串聯(lián)電抗器 一種感抗補償器，由串聯(lián)(chunlin)電抗器與晶閘管控制的電抗器并聯(lián)組成，以得到平滑變化的串聯(lián)(chunlin)感性電抗。線路共一百零八頁晶閘管投切串聯(lián)(chunlin)電容器 一種(y zhn)容抗補償器，由串聯(lián)電容器組與晶閘管投切電抗器并聯(lián)組成，以提供串聯(lián)容抗的分段控制。 晶閘管投

39、切串聯(lián)電抗器 一種感抗補償器，由串聯(lián)電抗器與晶閘管控制電抗器并聯(lián)組成，以得到串聯(lián)感抗的分段控制。線路線路共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.9.4 串并聯(lián)組合型控制器 線間潮流(choli)控制器 將靜止同步補償器(STATCOM)和靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)的直流側連接在一起的組合裝置。它容許有功功率(gngl)在SSSC的串聯(lián)輸出端和STATCOM的并聯(lián)輸出端之間雙向流動。在沒有外部儲能的條件下，能提供串聯(lián)線路有功和無功電流補償。通過注入相角沒有限制的串聯(lián)電壓，UPFC可同時或有選擇地控制傳輸線路的電壓、阻抗和傳輸角，還可以有選擇地控制線路上的有功和無功功率(gngl)潮流。UPFC也可

40、獨立地提供可控并聯(lián)無功補償。共一百零八頁下 頁上 頁返 回+-線路+-STATCOMSSSC直流連接共一百零八頁下 頁上 頁返 回三相線路晶閘管控制(kngzh)的移相變壓器 通過晶閘管投切進行調(diào)節(jié)(tioji)的移相變壓器，它能提供快速可變的相角。共一百零八頁下 頁上 頁返 回相間(xingjin)功率控制器 一種串聯(lián)聯(lián)接的有功和無功功率控制器，在每一相中包含感性和容性支路，且各支路分別(fnbi)對應各自的相移電壓。利用機械或電力電子開關調(diào)節(jié)相移位置和/或支路阻抗，可獨立地設置線路上的有功和無功功率。在特定情況下，當感性和容性阻抗形成共軛關系時，IPC就成為由其它端子上電壓控制的無源電流源

41、。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.9.5 其它(qt)控制器 晶閘管控制(kngzh)的電壓限幅器 一種由晶閘管投切的金屬氧化物變阻器(MOV)，在瞬態(tài)條件下能限制該變阻器兩端的電壓。共一百零八頁下 頁上 頁返 回晶閘管控制(kngzh)的電壓調(diào)節(jié)器 晶閘管控制的變壓器，可持續(xù)控制變化的被控(bi kn)相的電壓。共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.9.6 FACTS的發(fā)展(fzhn)歷史與應用簡介FACTS的概念之前，已出現(xiàn)一些電力電子控制器了，它們現(xiàn)都已融入FACTS技術行列之中。第一個串聯(lián)型控制器，次同步振蕩(zhndng)阻尼器是一個小功率的串聯(lián)電容阻抗控制器。1995年在沙利文電站

42、建成的StatCom，是美國歷史上第一個采用GTO的大型FACTS裝置，它是FACTS發(fā)展史上的一個重要里程碑。 近十多年來FACTS的應用得到了長足地發(fā)展。 共一百零八頁下 頁上 頁返 回日本關西電力犬山開關站 1991 80MVA SVG或 StatCom 裝置種類 應用單位 投入年度 容量 日本東京電力新信濃變電站 1992 50MVA 美國田納西州沙利文電站 1995 100MVA 美國肯塔基州艾內(nèi)茲電站 1997 160MVA 英國白金漢郡克萊登電站 1997 75MVA 丹麥瑞賴斯比/海德(配電) 1998 8MVA 美國華盛頓州西雅圖鋼鐵公司 20005MVA 德克薩斯某一電弧爐

43、補償 199880MVA 河南電力局* 199920MVA 美國墨西哥交界 200036MVA 美國埃塞克斯電站 2001133/40MVA 美國紐約奧克代爾電站 2002200MVA 美國特勒嘎電站 2002100MVA 幾個主要(zhyo)實用化的FACTS裝置 共一百零八頁下 頁上 頁返 回美國電力公司卡若瓦河/西弗吉尼亞 1991 345kV系統(tǒng)，線路阻抗補償從060%，晶閘管控制分相組合的串聯(lián)電容器 TSSC 裝置種類 應用單位 投入年度 容量 美國西部電力局凱恩塔/亞利桑那 1992500kV系統(tǒng)，267MVA TCSC 美國邦維爾電力局斯萊特電站 1993巴西因佩拉特里斯電站 1

44、999230kV系統(tǒng)，50MVA UPFC 1998SSSC 138kV, 160MVA; StatCom 160MVA; GTO 6kV/4kA 美國肯塔基州電力公司艾內(nèi)茲電站 共一百零八頁下 頁上 頁返 回澳大利亞黑墻電站 約1999 300MVA SVC或RSVC 裝置種類 應用單位 投入年度 容量 200MVA StatCom，200MVA SSSC100MVA StatCom, 100MVA SSSC兩個100MVA逆變器兩個100MVA IPFC運行 CSC 美國紐約馬西山電站 2003澳大利亞布雷馬電站 約1999 230MVA 美國紐約奧克代爾電站 2001 200MVA St

45、atCom，135MVA電容器組 共一百零八頁下 頁上 頁返 回1.10 FACTS技術(jsh)的優(yōu)勢按照要求控制潮流。增加線路的負荷容量，使其發(fā)揮(fhu)到熱容規(guī)定的數(shù)值，其中包括短期的和季節(jié)性的要求。通過提高瞬態(tài)穩(wěn)定性限制、約束短路電流和過負荷、處理好級聯(lián)負荷擁塞瓶頸，以及抑制系統(tǒng)和發(fā)電機的電磁振蕩等措施來增強系統(tǒng)的安全性。共一百零八頁下 頁上 頁返 回與鄰近區(qū)域和鄰近用戶之間建立起安全連接的紐帶，減少雙方整體備用發(fā)電機組的需求。在確定(qudng)新的發(fā)電機組安裝地點時具有更大的靈活性。 線路得到升級。減少無功功率潮流，使線路能夠傳輸更多的有功功率。降低環(huán)流。將發(fā)電機的運行成本降到最低，提高了發(fā)電站的利用率