柔性交流輸電系統(tǒng)概論P(yáng)PT通用課件

電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

——柔性交流輸電系統(tǒng)

主講教師：冉華軍主要參考書(shū)：《高壓直流輸電與柔性交流輸電》，楊曉萍編著?！峨娏﹄娮蛹夹g(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用》，陳建業(yè)等編著?！度嵝越涣鬏旊娤到y(tǒng)》，程漢湘編著?！度嵝噪娏夹g(shù)——電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用》，韓民曉等編著。引言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(diǎn)，在我們的現(xiàn)代生活中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。科技的發(fā)展使現(xiàn)代生活日益依賴(lài)于優(yōu)質(zhì)、可靠的電能供應(yīng)，電能是現(xiàn)代生活的“氧氣”，安全可靠的電能供應(yīng)是現(xiàn)代生活的重要基石。美國(guó)加州2001年延續(xù)十余月、波及數(shù)十萬(wàn)用戶的電力危機(jī)就給全世界上了生動(dòng)的一課電能使用的快速增長(zhǎng)以及對(duì)低成本能源的需求、環(huán)保要求的提高，逐漸導(dǎo)致了遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的發(fā)電站的大量開(kāi)發(fā)。負(fù)荷中心的電能越來(lái)越依賴(lài)于由位于遠(yuǎn)端的發(fā)電中心通過(guò)長(zhǎng)距離輸電來(lái)提供。利用交流電壓進(jìn)行大規(guī)模的電能傳輸有兩個(gè)基本條件：一是各同步發(fā)電機(jī)組必須穩(wěn)定地保持同步，確保電力系統(tǒng)在標(biāo)稱(chēng)頻率下運(yùn)行。二是系統(tǒng)各級(jí)的電壓必須維持在其標(biāo)稱(chēng)值附近。電力系統(tǒng)控制的基本功能就是在允許每一個(gè)用戶可以根據(jù)自身需要隨時(shí)投切負(fù)荷的條件下，將所提供的電能的頻率和電壓控制在標(biāo)稱(chēng)值附近一個(gè)不大的范圍之中。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題構(gòu)成了對(duì)電力系統(tǒng)控制的最大挑戰(zhàn)！電力系統(tǒng)已進(jìn)入大系統(tǒng)、超高壓遠(yuǎn)距離輸電、跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的新階段，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促使現(xiàn)代電網(wǎng)的管理和運(yùn)行方式發(fā)生變革，對(duì)其安全可靠、穩(wěn)定、高效、靈活運(yùn)行控制的要求日益提高，從而急需發(fā)展新的調(diào)節(jié)手段，提高其可控性。近年來(lái)電力電子器件容量的迅速增大，控制理論以及計(jì)算機(jī)信息處理等技術(shù)的發(fā)展，電力電子裝置已經(jīng)能夠進(jìn)入輸電系統(tǒng)的一次回路進(jìn)行控制，從而為輸電控制手段的改善和換代提供了可能。在這種情況下，20世紀(jì)80年代美國(guó)科學(xué)家Hingorani先生提出了柔性交流輸電技術(shù)的概念（FACTS：FlexibleACtransmissionSystem），經(jīng)過(guò)近30年得研究和工程應(yīng)用，使相關(guān)技術(shù)得到不斷的發(fā)展和完善。FACTS技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展是解決交流輸電系統(tǒng)運(yùn)行和發(fā)展中的各種困難的客觀需要，這表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：a.由于負(fù)荷和電力市場(chǎng)的需求以及環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)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(dá)國(guó)家中已經(jīng)無(wú)法在城市附近再修建架空線路）等原因，而電力需求又持續(xù)增加，對(duì)供電質(zhì)量要求愈來(lái)愈高，使已有輸電線的負(fù)擔(dān)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)定、暫態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于其熱穩(wěn)定極限。因此，對(duì)提高輸送能力的有關(guān)技術(shù)措施的需求也日益緊迫。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(luò)中的功率流向。在互聯(lián)系統(tǒng)中，當(dāng)改變某條線路的功率時(shí)，會(huì)同時(shí)改變其它線路的功率，或?qū)е颅h(huán)流，使整個(gè)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(yuǎn)道不走近路）或功率倒流（即主輸送方向中又存在逆向輸送）的問(wèn)題，這將導(dǎo)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(guò)程的“瓶頸”。c.傳統(tǒng)輸電系統(tǒng)中用于提高輸電能力和穩(wěn)定性的設(shè)備有串聯(lián)電容補(bǔ)償、并聯(lián)電容補(bǔ)償、并聯(lián)電抗補(bǔ)償、電氣制動(dòng)電阻和移相器等，它們可以通過(guò)調(diào)整線路電壓、阻抗和功角來(lái)改變系統(tǒng)潮流分布和改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，但這些設(shè)備都是機(jī)械操作的，反應(yīng)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定的重要因素。1.1概述1.2電能質(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(fù)荷容量1.6傳輸網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的潮流和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定1.7幾個(gè)重要參數(shù)整定的說(shuō)明1.8FACTS控制器的基本類(lèi)型1.9FACTS控制器的定義和功能簡(jiǎn)介1.10FACTS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)首

頁(yè)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1.1概述

下頁(yè)返回FACTS技術(shù)是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用的一個(gè)重要方面，它已在電能的生產(chǎn)、傳輸和分配的各個(gè)環(huán)節(jié)都得到了應(yīng)用，是電力系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。電力電子技術(shù)與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制設(shè)備的結(jié)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(gè)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(luò)結(jié)構(gòu)的前提下，F(xiàn)ACTS使網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸能力以及對(duì)潮流和電壓的可控性大為提高，能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生影響。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，可以完全兼容。下頁(yè)上頁(yè)返回電力系統(tǒng)潮流分布傳輸線阻抗、發(fā)送端和接收端電壓幅值、以及這兩個(gè)電壓相位之間相角差的函數(shù)。

對(duì)于交流輸電系統(tǒng)而言，可以通過(guò)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(lái)達(dá)到提高現(xiàn)有輸電線路的傳輸功率。我國(guó)目前主干網(wǎng)的最高輸電輸電電壓已達(dá)到500KV（目前正在發(fā)展750KV、1000KV），進(jìn)一步提高輸電電壓會(huì)帶來(lái)一些列技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題；而利用增加并行回線的方法減小線路阻抗，除了存在經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題外，還受到難以獲得新的輸電走廊的困擾。采用直流輸電進(jìn)行超長(zhǎng)距離輸電，以及引入各種補(bǔ)償方法以減小交流線路的等效阻抗就成為21世紀(jì)電力系統(tǒng)控制器的兩個(gè)并行的發(fā)展方向。一般情況下，通過(guò)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(yùn)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(dá)到控制潮流的目的。然而，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制設(shè)備都是機(jī)械型的，它們的響應(yīng)速度慢，而且只能分級(jí)投切。從穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的角度看，這種機(jī)械裝置可起到穩(wěn)定運(yùn)行的作用；但從動(dòng)態(tài)控制的角度看，由于它的響應(yīng)速度太慢，不能有效地減少瞬態(tài)振蕩，因此在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定中起不到有效作用。可以連續(xù)調(diào)節(jié)且可以高速響應(yīng)的控制器是現(xiàn)代電力系統(tǒng)向提供高質(zhì)量電能的根本保證，而近年來(lái)迅速發(fā)展的電力電子技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)上述要求的最佳選擇。下頁(yè)返回較大范圍地控制潮流使之按指定路徑流動(dòng)。保證輸電線的負(fù)荷可以接近熱穩(wěn)定極限，但不會(huì)出現(xiàn)過(guò)負(fù)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(jī)的熱備用。在系統(tǒng)短路和設(shè)備故障情況下，能夠防止出現(xiàn)線路連鎖跳閘的“骨牌效應(yīng)”。阻尼可能會(huì)損壞設(shè)備或限制輸電容量的各種電力系統(tǒng)振蕩

FACTS主要功能熱備用是指運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率與系統(tǒng)發(fā)電負(fù)荷之差，也叫運(yùn)轉(zhuǎn)備用或旋轉(zhuǎn)備用.下頁(yè)上頁(yè)返回

FACTS

建立在電力電子或其它靜止型控制器基礎(chǔ)之上的、能提高可控性和增大電力傳輸能力的交流輸電系統(tǒng)。

下頁(yè)上頁(yè)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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是電力電子器件與其它(如電容器、電抗器之類(lèi))無(wú)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(qiáng)系統(tǒng)傳輸能力。

下頁(yè)上頁(yè)返回1.2電能質(zhì)量的基本概念

電能質(zhì)量電壓質(zhì)量

實(shí)際電壓與理想電壓的偏差。電流質(zhì)量實(shí)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(shù)部分和非技術(shù)部分的“服務(wù)質(zhì)量”。后者涉及到用戶和電力部門(mén)之間的關(guān)系下頁(yè)上頁(yè)返回電磁兼容一個(gè)設(shè)備或一個(gè)系統(tǒng)在它的電磁環(huán)境中能夠滿意工作的能力，同時(shí)它不會(huì)對(duì)該環(huán)境中的任何其它設(shè)備造成難以容忍的電磁干擾。消費(fèi)質(zhì)量

可以看成是電源質(zhì)量的補(bǔ)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(shū)的內(nèi)容中，凡涉及到電能質(zhì)量方面的術(shù)語(yǔ)，都是指實(shí)際電壓和/或電流與理想波形之間的偏差電能質(zhì)量控制的發(fā)展，特別是現(xiàn)代電能質(zhì)量的發(fā)展與電力電子技術(shù)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(wú)功的調(diào)節(jié)、輸送容量和功率因數(shù)的提高、諧波抑制等。傳統(tǒng)的電能質(zhì)量控制設(shè)備一般都是由無(wú)源元件或是帶有旋轉(zhuǎn)部分的裝置所組成，當(dāng)然電能質(zhì)量的控制也有很多是通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)之間的互連度、傳輸距離的增加，以及不同負(fù)荷性質(zhì)的大型企業(yè)的出現(xiàn)，使完全依靠發(fā)電機(jī)組和無(wú)源元件來(lái)完成電能質(zhì)量的控制已經(jīng)不是太有效了FACTS技術(shù)的出現(xiàn)，使得電能質(zhì)量控制的概念以及實(shí)現(xiàn)手段發(fā)生了根本性變化。它不但能實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠、輸電線路的電能質(zhì)量控制，而且還能對(duì)不同性質(zhì)的負(fù)荷實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行控制。傳統(tǒng)電力負(fù)荷的電壓、頻率調(diào)節(jié)特性較差即負(fù)荷從系統(tǒng)取用的有功功率和無(wú)功功率隨系統(tǒng)電壓、頻率的波動(dòng)而發(fā)生變化，這對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是有利的，但對(duì)用電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行則是不利的。FACTS裝置所起到的作用大小，除了與控制技術(shù)有關(guān)外，在很大程度上還取決于電力電子器件的容量大小。下頁(yè)上頁(yè)返回010203040功率容量MVA)1990198019702000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晶閘管雙向晶閘管下頁(yè)上頁(yè)返回MOSFETIGCTGTOIGBT(Discrete)IGBTMolduleIPM器件額定容量10k100M10M1M1k100k1001010工作頻率(HZ)1M10k100k1k100電力電子器件正朝著容量越來(lái)越大、頻率越來(lái)越高的方向發(fā)展。正是由于有了電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，才使得FACTS得以進(jìn)步。下頁(yè)上頁(yè)返回1.3傳輸線路的互連

1.3.1為什么傳輸線路要互連？傳輸線路相互連接有利于共享發(fā)電廠和負(fù)荷中心，充分利用多元化負(fù)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。另一個(gè)問(wèn)題是，如果有了網(wǎng)絡(luò)互連，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)者沒(méi)能利用先進(jìn)的分析方法將輸電計(jì)劃與發(fā)電/輸電成本結(jié)合起來(lái)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建設(shè)費(fèi)用和線路損耗問(wèn)題，這也經(jīng)常限制電能的有效傳輸。在很多情況下，要獲得經(jīng)濟(jì)的資源或者資源共享似乎會(huì)受到輸送容量的限制，而且這種情況現(xiàn)在依然沒(méi)有得到有效地解決。另一方面，隨著電力傳輸?shù)陌l(fā)展，電力系統(tǒng)的運(yùn)行已變得更加復(fù)雜，系統(tǒng)在大故障后穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性顯著降低，導(dǎo)致大量電能不能得到適當(dāng)控制。過(guò)多的無(wú)功功率充斥著系統(tǒng)的不同部分，系統(tǒng)不同部分的動(dòng)態(tài)波動(dòng)會(huì)相互影響，并出現(xiàn)傳輸瓶頸，所有這些都將導(dǎo)致不能充分發(fā)揮輸電系統(tǒng)相互連接的潛力。傳輸容量的增加、缺乏長(zhǎng)期規(guī)劃、開(kāi)通電力公司和消費(fèi)者之間的溝通渠道等，所有這些均已構(gòu)成供電安全性問(wèn)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(shì)，F(xiàn)ACTS技術(shù)是必不可少的。下頁(yè)上頁(yè)返回1.3.2FACTS的機(jī)遇電力工業(yè)的不斷進(jìn)步，超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸電已成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要標(biāo)志。為了滿足日益增長(zhǎng)的電能需要，許多電能質(zhì)量控制設(shè)備都是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，而不是通過(guò)另外新增網(wǎng)絡(luò)達(dá)到要求的。這樣可能導(dǎo)致在某些輸電線路上功率潮流遠(yuǎn)低于其熱穩(wěn)定極限，而其它線路上卻超負(fù)荷運(yùn)行。此時(shí)，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(kuò)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(shù)反面面臨諸多問(wèn)題，如果處理不當(dāng)，有可能出現(xiàn)意想不到的事故。下頁(yè)上頁(yè)返回1.3.2FACTS的機(jī)遇發(fā)電資源分布不均勻，需要高電壓長(zhǎng)距離輸送大量的電能。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力負(fù)荷也持續(xù)增加，必須提高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(jì)損失。

下頁(yè)上頁(yè)返回FACTS技術(shù)能夠?yàn)楝F(xiàn)有的電能控制開(kāi)辟一個(gè)新的途徑，使現(xiàn)有設(shè)備的容量得到有效利用。FACTS控制器可以控制傳輸系統(tǒng)運(yùn)行中相互關(guān)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(shè)定值。FACTS是多個(gè)控制器的集合體，可以用來(lái)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(shù)就能不斷擴(kuò)展線路的傳輸限制。下頁(yè)上頁(yè)返回1.4交流輸電系統(tǒng)中的功率潮流

1.4.1并行線路中的功率潮流阻抗=2X功率=2/3X阻抗=X功率=1/3負(fù)荷負(fù)荷功率潮流直流高壓輸電線路負(fù)荷負(fù)荷可變阻抗功率潮流負(fù)荷負(fù)荷可變相角功率潮流負(fù)荷負(fù)荷下頁(yè)上頁(yè)返回1400MW10Ω3000MW2000MW10Ω600MW1600MW5ΩABC1000MW1750MW10Ω3000MWC1250MW5Ω7Ω1000MWB2000MWA10Ω250MW-4.24°1000MW1750MW10Ω3000MWC1250MW5Ω10Ω250MW2000MWAB1.4.2網(wǎng)孔潮流1750MW10Ω3000MWC2000MWA10Ω250MW1250MW5Ω1000MWB-5Ω下頁(yè)上頁(yè)返回1.5什么限制負(fù)荷容量？

限制負(fù)荷容量

熱容量電介質(zhì)穩(wěn)定性下頁(yè)上頁(yè)返回穩(wěn)定性暫態(tài)穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定性頻率崩潰電壓崩潰次同步諧振一般說(shuō)來(lái)，穩(wěn)定性限制決定的傳輸容量極限小于其他因素。以單回常規(guī)500KV交流輸電線路為例，目前其自然功率、典型熱容量極限和受穩(wěn)定性約束的實(shí)際運(yùn)行功率分別為1000MW、3000MW和600~1700MW。因此，提高系統(tǒng)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(biāo)是將電網(wǎng)傳輸容量提高到熱穩(wěn)定和絕緣極限。自然功率又稱(chēng)為波阻抗負(fù)荷，是表示輸電線路的輸電特性的一個(gè)特征參量。當(dāng)線路輸送有功功率達(dá)到某個(gè)值的時(shí)候，此時(shí)線路消耗和產(chǎn)生的無(wú)功正好平衡，此時(shí)輸送的功率就稱(chēng)為自然功率。它主要用來(lái)分析輸電線路的輸電能力、電壓和無(wú)功調(diào)節(jié)等問(wèn)題。當(dāng)線路輸送自然功率時(shí)，由于線路對(duì)地電容產(chǎn)生的無(wú)功與線路電抗消耗的無(wú)功相等，因此送端和受端的功率因數(shù)一致；當(dāng)輸送功率低于自然功率時(shí)，由于充電功率大于線路消耗無(wú)功，必然導(dǎo)致線路電壓升高；相反，當(dāng)線路輸送功率大于自然功率，由于無(wú)功不足，需要額外的無(wú)功補(bǔ)償，在沒(méi)有無(wú)功補(bǔ)償?shù)那闆r下，線路電壓就會(huì)下降。所以，線路在輸送自然功率的時(shí)候，經(jīng)濟(jì)性最好、最合理。U2∠d2下頁(yè)上頁(yè)返回1.6傳輸網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的潮流

和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定12U1∠d1U2∠d2P&QU1∠d1DULI=DUL/x相位滯后DUL90°I電流在電壓方向上的分量為有功電流，在電壓垂直方向上的分量為無(wú)功電流。下頁(yè)上頁(yè)返回U1處有功電流潮流：

Ip1=(U2sind)/xU1處無(wú)功電流潮流：

Iq1=(U1-U2cosd)/xU1處有功功率：

P1=U1(U2sind)/xU1處無(wú)功功率：

Q1=U1(U1-U2cosd)/xU1sindU1U2U1sindU1cosdU2sinddIq1=(U1-U2cosd)/x(U1-U2cosd)U2cosdIp1=U2sind/xU2處有功電流潮流：

Ip2=(U1sind)/xU2處無(wú)功電流潮流：

Iq2=(U2-U1cosd)/xU2處有功功率：

P2=U2(U1sind)/xU2處無(wú)功功率：

Q2=U2(U2-U1cosd)/xU1sindU1U2U1sindU1cosdU2sinddIq1=(U1-U2cosd)/x(U1-U2cosd)U2cosdIp1=U2sind/x下頁(yè)上頁(yè)返回因P1

和P2相同，所以：P=U1(U2sind)/xIp2=U1sind/x(U2-U1cosd)Iq2=(U2-U1cosd)/x下頁(yè)上頁(yè)返回180°90°PmaxPowerP=——

sindU1U2X0°dIU1-U2U2U1IIU2U1U1-U2注入電壓采用FACTS技術(shù)改善潮流的基本方式IU1-U2U2U1I注入電壓下頁(yè)上頁(yè)返回1.7幾個(gè)重要參數(shù)整定的說(shuō)明控制線路阻抗X可有效控制線路的電流。當(dāng)傳輸角d（或功角）較小時(shí)，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的控制下頁(yè)上頁(yè)返回傳輸角的控制

傳輸角的改變能顯著控制端點(diǎn)電壓。在傳輸線中以串聯(lián)方式注入一個(gè)電壓源，這個(gè)注入的串聯(lián)無(wú)功功率補(bǔ)償電壓可有效控制線路電流，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(diǎn)電壓之間的相位，可控制線路電流的大小和相位。下頁(yè)上頁(yè)返回串聯(lián)控制器的容量通常只需設(shè)計(jì)為占線路傳輸容量很少的一個(gè)百分比。當(dāng)相角較小時(shí)，可通過(guò)線路的互連來(lái)控制無(wú)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(jié)合起來(lái)，就可構(gòu)成另一種形式的阻抗控制器，它能有效的控制兩個(gè)系統(tǒng)間的有功和無(wú)功功率潮流。下頁(yè)上頁(yè)返回1.8FACTS控制器的基本類(lèi)型FACTS控制器串聯(lián)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下頁(yè)上頁(yè)返回串聯(lián)型控制器串聯(lián)型控制器相當(dāng)于一個(gè)可變阻抗，可以是電容器，電抗器等，也可以是一個(gè)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(shí)滿足所希望的要求。下頁(yè)上頁(yè)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(guò)它的線電流正交，串聯(lián)控制器只能提供或吸收可變的無(wú)功功率，在其它任何相位關(guān)系時(shí)，則此串聯(lián)電壓都會(huì)涉及到有功功率的交換。

下頁(yè)上頁(yè)返回并聯(lián)型控制器并聯(lián)型控制器可以是可變阻抗，可變電源，或者是它們的組合。并聯(lián)型控制器在并聯(lián)連接點(diǎn)處給系統(tǒng)注入一個(gè)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(wú)功功率，任何其它的相位關(guān)系均涉及有功功率的交換。下頁(yè)上頁(yè)返回串串組合型控制器這類(lèi)控制器可以是各自獨(dú)立的串聯(lián)控制器的組合,也可以是一個(gè)統(tǒng)一控制器。此類(lèi)控制器中，串聯(lián)控制器能獨(dú)立的對(duì)各自所控制的線路進(jìn)行串聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償控制，也可通過(guò)直流側(cè)連接的線路與交流系統(tǒng)交換有功功率。直流連接下頁(yè)上頁(yè)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(wú)功潮流得到平衡，并能最大限度地利用傳輸系統(tǒng)。下頁(yè)上頁(yè)返回串并組合型控制器該類(lèi)控制器是單個(gè)并聯(lián)和串聯(lián)控制器的組合，這些獨(dú)立的控制器之間能夠相互協(xié)調(diào)工作。協(xié)同控制下頁(yè)上頁(yè)返回組合的并聯(lián)和串聯(lián)控制器一般是用并聯(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(gè)電壓。當(dāng)并聯(lián)和串聯(lián)控制器在統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作時(shí)，相互連接的串、并聯(lián)控制器的直流側(cè)一般都會(huì)涉及到有功功率的交換。下頁(yè)上頁(yè)返回特點(diǎn)串聯(lián)型控制器對(duì)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)電壓可改善電壓質(zhì)量。串聯(lián)型控制器必須設(shè)計(jì)成能夠承受意外故障電流和動(dòng)態(tài)過(guò)負(fù)荷電流，并且能夠通過(guò)或旁路掉短路電流。下頁(yè)上頁(yè)返回并聯(lián)型控制器可對(duì)電壓進(jìn)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(duì)母線上的節(jié)點(diǎn)，不會(huì)對(duì)母線電壓的控制造成負(fù)面的影響。并聯(lián)型控制器無(wú)論在何種情況下，都不能控制整條線路的潮流。下頁(yè)上頁(yè)返回綜合控制器是集功率潮流、電流潮流和線路電壓控制于一體的有效控制器。交流線路協(xié)同控制下頁(yè)上頁(yè)返回FACTS控制器結(jié)構(gòu)中有由直流轉(zhuǎn)變成交流電的變流器，可實(shí)現(xiàn)與交流系統(tǒng)有功及無(wú)功功率的交換。在保證輸出所需的電壓或電流的前提下，變流器儲(chǔ)能大小應(yīng)支撐交流工作周期的十分之幾的時(shí)間,具體時(shí)間應(yīng)視控制器結(jié)構(gòu)而定。一些其它的儲(chǔ)能裝置均可通過(guò)電力電子器件的接口方式，提供或補(bǔ)充變流器的直流儲(chǔ)能。

下頁(yè)上頁(yè)返回以變流器為基礎(chǔ)的串聯(lián)型、并聯(lián)型或串并組合型控制器具有電儲(chǔ)能的部分。

儲(chǔ)能設(shè)備直流連接儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)能設(shè)備下頁(yè)上頁(yè)返回1.9FACTS控制器的定義和功能簡(jiǎn)介1.9.1FACTS的功能簡(jiǎn)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(bǔ)償器(STATCOM)

+-下頁(yè)上頁(yè)返回帶有儲(chǔ)能的靜止同步補(bǔ)償器晶閘管控制的制動(dòng)電阻器（TCBR）

接口儲(chǔ)能設(shè)備-+下頁(yè)上頁(yè)返回TSC濾波器TCR,TSR靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC),靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG),靜止無(wú)功系統(tǒng)(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)下頁(yè)上頁(yè)返回電力傳輸?shù)娜嵝栽陔娏鬏斚到y(tǒng)的不同變化或不同運(yùn)行條件下，輸電系統(tǒng)的自適應(yīng)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(lái)增強(qiáng)可控性和增大電力傳輸能力的交流輸電系統(tǒng)。下頁(yè)上頁(yè)返回FACTS控制器用來(lái)控制一個(gè)或多個(gè)交流傳輸系統(tǒng)參數(shù)的電力電子器件構(gòu)成的系統(tǒng)或其它靜止裝置。下頁(yè)上頁(yè)返回1.9.2并聯(lián)型控制器靜止同步補(bǔ)償器起靜止無(wú)功補(bǔ)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(wú)關(guān)。+-下頁(yè)上頁(yè)返回靜止同步發(fā)生器一種靜止自換相電力變流器，它由一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娫刺峁╇娔?，并能產(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(dá)到獨(dú)立交換可控的有功和無(wú)功功率的目的。下頁(yè)上頁(yè)返回電池儲(chǔ)能系統(tǒng)一種帶有化學(xué)儲(chǔ)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(chǔ)能設(shè)備-+下頁(yè)上頁(yè)返回超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)器一種含有電力電子變流器的超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能裝置，它可快速輸出或吸收有功或無(wú)功功率，或者在交流系統(tǒng)中能動(dòng)態(tài)地控制潮流。靜止無(wú)功補(bǔ)償器一種并聯(lián)聯(lián)接的靜止無(wú)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）。

下頁(yè)上頁(yè)返回TSC濾波器TCR,TSR晶閘管控制的電抗器一種并聯(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的部分導(dǎo)通方式來(lái)控制。

下頁(yè)上頁(yè)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(dǎo)通或零導(dǎo)通的跳變方式來(lái)控制。

下頁(yè)上頁(yè)返回TSC濾波器TCR,TSR晶閘管投切電容器一種并聯(lián)聯(lián)接的晶閘管投切電容器，其有效電抗由晶閘管以全部導(dǎo)通或零導(dǎo)通的階躍變化方式來(lái)控制。

下頁(yè)上頁(yè)返回靜止無(wú)功發(fā)生器或吸收器一種靜止型電氣裝置、設(shè)備或系統(tǒng)，它可從電力系統(tǒng)吸收可控的容性和/或感性電流，或是發(fā)出或吸收無(wú)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(gòu)成。靜止無(wú)功系統(tǒng)由各種靜止和機(jī)械開(kāi)關(guān)組成的無(wú)功補(bǔ)償器，其輸出可相互協(xié)調(diào)配合。下頁(yè)上頁(yè)返回晶閘管控制的制動(dòng)電阻一種并聯(lián)聯(lián)接的晶閘管投切電阻器，用于增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)能減小發(fā)電機(jī)組的加速功率。

下頁(yè)上頁(yè)返回1.9.3串聯(lián)型控制器靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器一種靜止型無(wú)外部電能支撐的串聯(lián)同步補(bǔ)償器，其輸出電壓與線路電流矢量正交，且輸出電壓的控制與線路電流無(wú)關(guān)，能實(shí)現(xiàn)增加或減小整條線路阻抗上的電抗性電壓降，從而達(dá)到控制傳輸功率的目的。線路+-下頁(yè)上頁(yè)返回SSSC亦可包括瞬態(tài)額定儲(chǔ)能或能量吸收設(shè)備，通過(guò)附加的瞬態(tài)有功功率的補(bǔ)償，能增強(qiáng)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，并可短暫性的增大或減小整個(gè)傳輸線路有功（電阻性的）電壓降。線路+-線路接口電路儲(chǔ)能設(shè)備+-線間潮流控制器由兩個(gè)或多個(gè)靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器組成的控制器，它們的直流側(cè)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(dòng)，各SSSC能獨(dú)立地提供無(wú)功補(bǔ)償、調(diào)節(jié)每條線路上的有功功率潮流，并維持所希望的潮流分布，或者能控制各線路間的無(wú)功功率潮流。

直流連接下頁(yè)上頁(yè)返回晶閘管控制的串聯(lián)電容一種容性電抗補(bǔ)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，以提供平滑變化的容性串聯(lián)電抗。

線路下頁(yè)上頁(yè)返回晶閘管控制的串聯(lián)電抗器一種感抗補(bǔ)償器，由串聯(lián)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)感性電抗。線路晶閘管投切串聯(lián)電容器一種容抗補(bǔ)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。

晶閘管投切串聯(lián)電抗器一種感抗補(bǔ)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。線路線路下頁(yè)上頁(yè)返回1.9.4串并聯(lián)組合型控制器線間潮流控制器將靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)和靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)的直流側(cè)連接在一起的組合裝置。它容許有功功率在SSSC的串聯(lián)輸出端和STATCOM的并聯(lián)輸出端之間雙向流動(dòng)。在沒(méi)有外部?jī)?chǔ)能的條件下，能提供串聯(lián)線路有功和無(wú)功電流補(bǔ)償。通過(guò)注入相角沒(méi)有限制的串聯(lián)電壓，UPFC可同時(shí)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(wú)功功率潮流。UPFC也可獨(dú)立地提供可控并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償。下頁(yè)上頁(yè)返回+-線路+-STATCOMSSSC直流連接下頁(yè)上頁(yè)返回三相線路晶閘管控制的移相變壓器通過(guò)晶閘管投切進(jìn)行調(diào)節(jié)的移相變壓器，它能提供快速可變的相角。下頁(yè)上頁(yè)返回相間功率控制器一種串聯(lián)聯(lián)接的有功和無(wú)功功率控制器，在每一相中包含感性和容性支路，且各支路分別對(duì)應(yīng)各自的相移電壓。利用機(jī)械或電力電子開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)相移位置和/或支路阻抗，可獨(dú)立地設(shè)置線路上的有功和無(wú)功功率。在特定情況下，當(dāng)感性和容性阻抗形成共軛關(guān)系時(shí)，IPC就成為由其它端子上電壓控制的無(wú)源電流源。下頁(yè)上頁(yè)返回1.9.5其它控制器晶閘管控制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。下頁(yè)上頁(yè)返回晶閘管控制的電壓調(diào)節(jié)器晶閘管控制的變壓器，可持續(xù)控制變化的被控相的電壓。下頁(yè)上頁(yè)返回1.9.6FACTS的發(fā)展歷史與應(yīng)用簡(jiǎn)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(shù)行列之中。第一個(gè)串聯(lián)型控制器，次同步振蕩阻尼器是一個(gè)小功率的串聯(lián)電容阻抗控制器。1995年在沙利文電站建成的StatCom，是美國(guó)歷史上第一個(gè)采用GTO的大型FACTS裝置，它是FACTS發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。近十多年來(lái)FACTS的應(yīng)用得到了長(zhǎng)足地發(fā)展。

下頁(yè)上頁(yè)返回日本關(guān)西電力犬山開(kāi)關(guān)站199180MVASVG或

StatCom

裝置種類(lèi)應(yīng)用單位投入年度容量日本東京電力新信濃變電站199250MVA美國(guó)田納西州沙利文電站1995100MVA美國(guó)肯塔基州艾內(nèi)茲電站1997160MVA英國(guó)白金漢郡克萊登電站199775MVA丹麥瑞賴(lài)斯比/海德(配電)19988MVA美國(guó)華盛頓州西雅圖鋼鐵公司20005MVA德克薩斯某一電弧爐補(bǔ)償199880MVA河南電力局*199920MVA美國(guó)－墨西哥交界200036MVA美國(guó)埃塞克斯電站2001＋133/－40MVA美國(guó)紐約奧克代爾電站2002200MVA美國(guó)特勒嘎電站2002100MVA幾個(gè)主要實(shí)用化的FACTS裝置下頁(yè)上頁(yè)返回美國(guó)電力公司卡若瓦河/西弗吉尼亞1991345kV系統(tǒng)，線路阻抗補(bǔ)償從0～60%，晶閘管控制分相組合的串聯(lián)電容器TSSC裝置種類(lèi)應(yīng)用單位投入年度容量美國(guó)西部電力局凱恩塔/亞利桑那1992500kV系統(tǒng)，267MVATCSC美國(guó)邦維爾電力局斯萊特電站1993巴西因佩拉特里斯電站

1999230kV系統(tǒng)，50MVAUPFC1998SSSC138kV,160MVA;StatCom160MVA;GTO6kV/4kA美國(guó)肯塔基州電力公司艾內(nèi)茲電站下頁(yè)上頁(yè)返回澳大利亞黑墻電站約1999300MVASVC或RSVC裝置種類(lèi)應(yīng)用單位投入年度容量200MVAStatCom，200MVASSSC100MVAStatCom,100MVASSSC兩個(gè)100MVA逆變器兩個(gè)100MVAIPFC運(yùn)行CSC美國(guó)紐約馬西山電站2003澳大利亞布雷馬電站約1999230MVA美國(guó)紐約奧克代爾電站2001200MVAStatCom，135MVA電容器組下頁(yè)上頁(yè)返回1.10FACTS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)按照要求控制潮流。增加線路的負(fù)荷容量，使其發(fā)揮到熱容規(guī)定的數(shù)值，其中包括短期的和季節(jié)性的要求。通過(guò)提高瞬態(tài)穩(wěn)定性限制、約束短路電流和過(guò)負(fù)荷、處理好級(jí)聯(lián)負(fù)荷擁塞