柔性交流输电系统..

三 电力电子在输电系统中的应用
电力电子技术是基于电力，电机，电器等应用领域 的发展与需求，基于半导体技术的发展，融合了现代 计算机技术和控制理论而发展起来的一门新技术。随 着半导体制造工艺的不断提高，器件价格的降低，其 越来越得到广泛的应用。 柔性交流输电的基本概念为： 在交流输电系统的主要部位，采用具有专门功能 或综合功能的电力电子器件和现代自动控制装置或组 合体，对输电系统的运行状态变量和参数如电压，相 位差，电抗等以至网络结构进行调控，从而实时，灵 活，快速地控制交流输电功率，以大幅度提高现有高 压输电线路的输送能力，实现电功率的合理分配，降 低功率损耗或发电成本，提高系统稳定运行的水平和 可靠性。
的实时控制，实际的功率分布可能与理想分布想去 甚远。人们必须寻找可以快速灵活调节系统参数和 网络结构的方法，对电力系统的潮流进行实时控制。 2，短路电流水平的提高 随着电力系统容量的不断增大，电网之间的 电气联系程度日趋紧密，电网的段路水平迅速提高。 现有的机械式断路器越来越难以应付极具增大的断 流容量要求，系统内的载流导体及各种电气设备也 无法满足不断提高的机械强度（动稳定性）和热容 量等方面的要求。所以，电网容量增加时，运行中 不满足上述要求的大容量电气设备就不得不更换， 设备利用率大大降低，更大容量的机械式断路器的 研制也越来越苦难。
二 柔性交流输电系统的提出
电力系统容量的不断的增长和电压等级的一再提高， 电网覆盖地域的日益扩大，大型电力系统所暴露出的 问题和矛盾越来越突出，主要包括以下几个方面： 1，电力系统潮流的实时控制 电力生产中，由于发电能源（煤炭，石油，水力 等）的分布不均匀发电中心与负荷中心往往不一致因 此需要远距离输送大容量的电力。现代互联电网中的 功率流动常常出现“瓶颈”现象，使得潮流在电网中 辗转，使损耗增加。另一方面，目前输电的稳定性极 限也和潮流紧密相关，潮流得不到大幅度实时调节只 是电网的稳定性极限很低，线路的传输容量得不到充 分利用。依照目前的常规方法，人们难以达到电力潮 流
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电力电子器件正朝着容量越来越大、频率越来越高的方向发展。
2，系统发生故障的影响程度减轻，故障恢复 速度加快。由于电力电子开关动作迅速， 加之故障电流限制器的作用，可大大减小 故障对系统的冲击。自动重合器以及快速 故障定位器的使用，也大大减少了故障恢 复时间。 3，系统的静态和动态特性发生了变化。系统 同步运行稳定性，电压和频率的稳定性都 得到
晶闸管
6KV6KA(6) 8KV4KA(6)
30 功率容量MVA
GTO GCT HVIGBT 4.5KV4KA(3.5)
6KV4KA(4)
4.5KV4KA(4)
20
10
4.5KV3KA(3) 4.5KV3KA(3.5) 12KV1KA(4) 4.5KV2KA(2.5)
4KV1.5KA(3.5) 2.5KV1KA(2)
0 1970 1980 1990
4.5KV0.9KA
2000年
器件额定容量
100M 10M IGBT Moldule IPM 晶闸管 1M 100k 10k 1k 100 10 10 双向 晶闸管 GCT GTO
IGBT(Discrete) MOSFET 100k 1M 工作频率(HZ)
100
1k
3，电力系统的稳定性问题 随着用电需求的正佳和电力工业的不断发展，电网 结构日益复杂；发电厂单机容量的不断增大也使 系统稳定问题日益突出，系统安全运行的管理也 日趋困难。目前尚缺乏适应现代化大型电力系统 需求的有效控制手段。 4，电力系统的控制速度 目前的交流输电系统中，就其控制手段而言，归根 结底仍然是机械式的，所谓的计算机监控也是靠 机械式开关执行的。发电机的调速器，短路器， 变压器无论是有载调压还是移相器，最终执行的 都是机械动作。而机械动作一般都不满足系统的 控制要求。而且，机械动作可靠性差，器件寿命 短也影响系统的运行可靠性。
5，电能质量问题 保证电能质量的根本在于无功功率的控制和谐 波的治理。电网在向负荷提供一定有功功率的同时， 还必须提供一定的无功功率。为了保证发电机和变 压器等设备的正常运行，也必须存在无功功率。但 发电厂输出的过多的无功功率会会恶化系统的稳定 性。现有的无功功率源如并联电容器，其调节速度 和能力均有限，难以适应现代电力系统的要求。谐 波是伴随大功率电力电子器件应用的副产品，几年 来对电能质量的影响日益严重，必须要进行治理。 上述问题的共同点是：传统的运行控制手段不能满足 电力系统飞速发展所产生的实际的需求，应用更快， 更灵活的控制手段是发展现代电力系统的必由之路。
柔性交流输电系统
一 柔性交流输电系统的基本概念
柔性交流输电系统（FACTS）的英文 表达为：Flexible AC Transmission Systems，是综合电力电子技术、微处理和 微电子技术、通信技术和控制技术而形成 的用于灵活快速控制交流输电的新技术。 上世纪八十年代中期，美国电力科学研 究院（EPRI）N.G.Hingorani博士首次提出 FACTS概念：应用大功率、高性能的电力 电子元件制成可控的有功或无功电源以及 电网的一次设备等，以实现对输电系统的 电压、阻抗、相位角、功率、潮流（系统
中所有运行参数的总体，包括各个母线电 压的大小和相位，各个发电机和负荷的功 率及电流，以及各个变压器和线路等元件 所通过的功率，电流和其中的损耗。也称 系统中有规律波动的功率流动为潮流）等 的灵活控制，将原基本不可控的电网变得 可以全面控制，从而大大提高电力系统的 灵活性和稳定性，使得现有输电线路的输 送能力大大提高。 柔性交流输电系统是大功率电力电子器 件在高压领域直接完成电器智能化的典范。
3.1 电力电子技术对输电系统的影响
电力电子技术对输电系统的影响首先是在输 电方式上。电力电子器件的容量的大大提高以及 价格的大幅度下降使目前的传输等级以及控制技 术得到了很大的飞跃。 电力电子技术在输电系统中的应用将改变系统 的组成结构和控制方式，因而将对电力系统的内 在特性产生更深层次的影响。主要包括： 1，系统正常运行方式的可控性发生了巨大变化。 原来的功率流动的大小和方向只能靠远方电源的 出力来加以控制，而现在的综合潮流控制可方便 地就地控制。