电力系统研究性报告.pdf

1、定义柔性交流输电系统技术（Flexible A C Transmi sion Systems,简称为 FACTS 是指 电力 电子技术与现代控制 技术结合以实现对 电力系统电压、参数（如线路阻抗）、相位 角、功率潮流 的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统水平，均衡 电网潮 流，充分发 挥输 电网络 的利 用率谓“柔性控制”，主要是区别和相对于原来交流电网中的常规“刚性控制”而言这不仅 是由于前者主要依靠电子型技术，后者常是机械型或机电型技术，更重要的差别在于其 控制作用的快 速性、精确性、连续性、柔韧性、有效性等FAcrlls 技术是可以灵活地控制输电系统的一项新的技电力电子技术、微电子技术、通信技术等术，其中包含了几种技术，有：稳定图 1 是系统等效电路，虽然它是稳态曲线而 FACTS 技术主要是关于系统 的动 态问题，但它可说明有三个影响电力系统性能的变量能直接被控制，这三个变量分别 为电压、功角、阻抗FACTS控制器就是对交流输 电系统的这些参 数进行控制而改善 输电系统的性能2、背景在电力系统的运行上，长期存在的巡回功率潮流使系统容量相对减少，大系统的置正是消除巡回功和低频振荡也曾使 系统耗费很大精力应付，而快速可控的电力电子装电力市场等方面的压力，特别是在发达国家，由于电线的潜力，使其运行趋近于稳率和低频振荡的有力手段。

尤其 在 21 世纪，输电系统运行将承担着更大的来自环境土地征用困难和人们对高压电场的恐惧，目前修建 新的输电线的阻力比以往大得多，这就要求电力公采用快速反应的可控电力电子装置另外，电力要求系统有更可控的运行环境上述的压力产生了增大输送能力、保持系统稳慢速、间断及不精确的控制和优定、优化系统运行等需求针对上述压力和需求应运而生的 FACTS 从根本上改变了交流输电网过去空前快速、连续和精确的控制以及优化潮流功率并有助于在事故时防止连锁反应造成的大停电结局FActs 技术已经逐渐被大家所熟知，其产生背景可以概述力系统的可控性较差；司充分发挥已有输是定和热极限而提高动态和暂态稳定的最有效手段供应的市场化，使同一电网上不同公司、不同电厂的 电能售价不同，用户购电有可能选择对他有利的电力供应途径，这就基本只依靠机械型、了化技术措施的局面FACTS 装置为交流输电网提供的能力，同时可以确保系统稳定性，如下：（1）由于传统的交流电（2）在保证电力系统安全可靠的同时，需要提高输电能力；（3）由于资金短缺、环境限制等原因，建设新的输电线路日的快速发展促使 FActs 技术产生益困难；(4)由于高压直流输电3、功能(1)提高输电线路的输送容量采用 FACTS 技术可使输电线路的输送功率极限 大幅度提高至接近导线 的热极限，这样可减缓新建输电线路的需要和提高输电线路的利用率。

例 如：一条 500kV 线路的安全送电极限为 1000 2000kW，线 路的热 极限为3000kW，采用 FACTS 技 术后，可使输送能力提高FACTS 的出现对电网的建设规划和设计将产生重大的影响2)输电网络的运行条件 FACTS 控制器有助于减少和消除环流或振荡市场创 造电力定向输送的条件靠性和供 电质量；可以保证更合理的最小，有助于提高现有输优化等大50%100%电网痼疾，有助于解决输电网中“瓶颈”环节的 问题；有助于在电网中建立输送通 道，为电力电网的稳定性、可网损并可以减小系统热备用容量还有助通过对 FACTS 设备 的快速方式下控制于防止连 锁性事故扩大，减少事故恢复时问及停电损失功率走向以充分挖掘现有网络的传输能弓 I 起 的连锁跳闸是十分有利的3)有常规稳定或反平滑的调整，可以方便、迅速地改变系统潮流分布这对于正常运行力以及在事故情况下防止因某些线路过负荷而扩展了电网的运行控制技术 FACTS 控制器一方面可对已事故控制(如调速器附加控制、汽门快并控制、自动重合闸装置等)的功能起到补充、扩大和改进的作用另一方面，电网的 EMS 系统必然要将 FACTS 控制器的作用综 合进去，使 得 EMS 中功 能得 到提 高。

有助于建设全网统一的实时控制中心而使 全系统的安全性和经济性有一个大的提高4)高压直流输电的控制手段快速灵活输送容量与稳定的矛盾难流站的一次投资很高改变了交流输电的传统应用范围，当比新建一条线路或换流站，以调和时，有时可能通 过建设直流线路来 解决，但是换而应用 FACTS 控制器的方案常常由于，从的方案投资要少整套应用并协调控制的 FACTS 控制器组将使常规交流电柔性化应用范围，如定向传输电力、功率调制等改变交流输电的功能范围，使其在更多方面发挥作用，甚至扩大到原属于 HVDC 专 有的那部分可归纳为：较大范围地控制潮流；保证输电线输电容量接近热稳定极限；在 控制区域内可以传输更多的功率，减少发电机的 热备用；依靠限制短路和 设备故障的 影响防止线路串级跳闸；阻尼 电力系统振荡4、特点：柔性交流输电技术能有效提高 交流系统的安全稳定性可以满足电力系统长距离、大功率、安全稳定输送电力的要求，柔性交流输电技术从根本上改变了交流电网过去基本上只依靠缓慢、间断以及不精确设备进行机械控制的局面，续和精确的控制手段以及输送优化潮流功率的能力，时防止连续反应造成的大面积停电柔性交流输电技术的经济性很好。

首先，它完全能与原输电方式协调，无机械磨损，控制信号功率小、控制灵活性高，能快速、平滑调节，可灵活、方便、迅速地改变系统潮流 分布，提高系统的稳定性其次，采用柔性交流输电技术的线路，输送能力可增大到接近导为交流输电网提供了控制快速、连保证了系统稳定性，有助于在事故发生线的热极限，提高了送电线路的利用率再次，柔性交流输电技术能够提高联络线的输电能 力，减少发电机备用容量最后，采用柔性交流输电技术，电网和有效的控制，防止事故扩大，减轻系统事故的影响5、设备分类设备故障的影响可以得到Kl FACTS XXKl FACTS XX 分英类别中文名称英文 K K 称朗联博管控制串联电SS.IfrSSS.IfrS 同步串联TCSCTCSCSSSCSSSC补燃器和土无功补偿备SVCSVC井联静止无功发生器STATCOMSTATCOM可控制动电阴TCBRTCBRSMESSMESUPFCUPFC里晶闸嘗桂利移相器TOPSTOPS6、原理6.1 静态无功补偿器（SVC）6.1.1 SVC 的工作原理SVC 主要通过晶闸管在电力系统中进行电感和电容的投切，实现无功补偿目前电力系统中常用的 SVC 的主要结构包括晶闸管控制电抗器（TCR）晶闸管投切电容器（TSC，滤波器和降压变压器，如图2.1 所示。

滤波器主要用来吸收由于阀的作用缠上的谐波，降压变压器用来降低SVC 的工作电压并降低其成本当通过晶闸管来控制 TSC 中的电容以及 TCR 中的电抗投切时，若 SVC 吸收无功时 伏安特性为感性，若 SVC 发出无功，其伏安特性表现为容性SVCA1“VC/_ _十留22i SVC SVC的伏安特性因此在电力系统中，可以将 SVC 等效为一个可控大小的电纳图 23 SVC23 SVC 等效 fftfft 路图作为电力系统中应用最为广泛的FACTS 设备，SVC 通常用来提高电力系统电压稳定性以及抑制电力系统低频振荡1.稳定电力系统电压SVC 通过晶闸管投切电容和电感，能够就地对电力系统中的无功不平衡部分进行补偿，从而为电力系统提供电压支撑2.够有效电力系统低 频振荡抑制电力系统低频振荡通过SVC 的电压调制功能，能6.2 静止同步补偿器(STATCOM)STATCOM 利用半导体换流技术实现电力系统无功补偿随着电力电子技术的不断发展，STATCOM 技术也在不断进步由于 STATCOM具有比 SVC 更好 的补偿特性，因此日益受到学术界和工程借的重视按照储能元件的不同，STATCOM 的主电路的结构分为电流型桥式电路和的电流型桥式电路，如图 2.4 所示。

电压型桥式电路中直流侧使用的储能元件是电 容，而电流型桥式电路中直流侧储能元件为电感电流型桥式电路STATCOM 由于发生短路故障时危害较大而且效率较低，实际工程中多采用电压型桥式电路STATCOM图 24 a24 a 电压型桥式电帰 STATCOM bSTATCOM b 电汛型桥成电緡 SUTCOMSUTCOM通过电力电子开关，STATCOM 在工作时能够直流侧的电压转化为与交流侧 同频率的电流，且电流幅值和相位都可控，因此可以将流幅值相位可控的直流电流源，并就地进行无功补偿图 2.5 所示STATCOM 等效为一个电STATCOM 的伏安特性如图2 5 STATCOM2 5 STATCOM伏安特性STATCOM 同样是电力系统当中应用非常广泛的一种系统当中的作用有：FACTS 装置，在电力1.提高电力系统电压稳性STATCOM 能够半导体换流技术实现就STATCOM 能够通过增加附加控制实现电压调地补偿无功，为电力系统提供电压支撑比起 SVC STATCOMMM 有更好的补偿特性2.提高电力系统低频振荡阻尼制，抑制电力系统低频振荡2.4 可控串联补偿器(TCSC)2.4.1 TCSC 的工作原理TCSC1 1 过补偿电容器对电力系统输电线路电抗进行补偿，能够缩短电气输电距离，并提高输电线的功率传输容量。

另外，利用电力电子技术，统低频振荡TCSC 勺基本结构如图 2.6 所示，其结构主要包括串联补偿电容避雷器(MOV)C 和与其并联的晶闸管可控电抗器(TCR此外 TCSC 的结构还包括旁路断路器和氧化锌TCSC 能够调节补偿度大小，对输电线路阻抗以及传输功率进行灵活控制，从而通过功率调 制来抑制电力系尸=-a-6-MOV-TCR图2.6TCSC结构图通过改变晶闸管的触发角，能够改变通过电抗的补偿电容的大小，因此在电力系统中可以将如图 2.7 所示：L 的电流大小，从而控制 TCSCTCSC 等效为可控串联补偿电容，图 2,7 TCSC 52,7 TCSC 5 效电路TCSC 乍为一种重要的 FACTS 装置，在电力系统当中起到了广泛的作用，主要包括：1.提高电力系统的功率传输能力通过TCSC 减小输电线路的阻抗大小，能够TCSC 能够改变电力系统潮流分布，增加该线路在稳态及动态情况下的稳定裕度，提高功率传输极限2控制电力系统潮流通过改变线路阻抗，使电力系统实现最优潮流3.抑制低频振荡利用 TCSC 调节线路阻抗大小，可以功率功率调制来低频振 荡6.4 统一潮流控制器(upFc)UPFC 的原理结构如图 2-1 所示。

图 2-1 中并联换流器的作用相当于静止同步补偿器(STATCOM,串联换流器的作用相当于静止同步串联补偿器(的电压 提供电源，其中有功功率可以在以在其交流输出端独立的发出或吸收无功功率SSSC,两者通过直流电容上2 个换流器的交流端向任一方向自由流动，并且可l4I IVBIVsIVs图 2-1 UPFC 勺原理结构并联换流器在公用直流联结处提供或吸收串联换流器所需要的有功能量，流端送入与输电线路并联的变压器，因此在稳态时，不考虑自身损耗，率相等，直流电容器既不发出也不吸收有功功率，电压经换流后到交UPFC 的两侧有功功保持恒定同 STATCOM 原理相同,并联换流器能够可控的产生或吸收无功功率，当系统需要时，可为线路提供动态无功补偿；串联换流器可控制 保持为 0 和 以内，并且使相角 保持在 0 和 之间，并通过串联变压器将 电压 叠加到线路电压上通过控制联补偿和移相等功能2.2 UPFC 的功能UPFC 是由串联补偿的 SSS(和并联补偿的 STATCOM 有机结合构成的新型潮流控制装置，能同时调节线路阻抗、节点电压幅值和相位，仅通过控制规律的改变，就能实现并联补偿、串联补偿和移相等多种功能，达到优化系统潮流分布、最大化电网传输能力、改善系统动态 响应性能等目的。

的幅值和相角，UPFC 就可实现传统的电力传输中的串(a)。