4智能输电技术(2)(3)柔性交流输电系统的基本概念

U2
三、FACTS技术在输电网中的潮流控制中的原理
当传输角d（或功角）较小时，控制线路阻抗X或d 可有效控制 有功功率。 在输电线路中以串联方式注入一个电压源，并假定它的相量垂 直于线路电流，则对这个注入电压的控制可使线路电流幅值增 大或减小，因而能显著改变有功功率的潮流（如静止同步串联 补偿器，SSSC）。 调节注入电压的幅值和它与端点电压之间的相位，可控制线路 电流的大小和相位。 串联控制器的容量通常占线路传输容量很少的一个百分比。
别于以往的交流输电系统；
FACTS结构基础是电力电子器件与其它(如电容
器、电抗器之类)无源元件的组合；
FACTS的目的是要提高输电系统的可控性、保证 电能质量，并能增强系统传输能力。
二、FACTS设备的功能
输电网：
潮流控制—较大范围地控制潮流使之按指定路径 流动 。 提高传输容量—保证输电线的负荷可以接近热稳 定极限，但不会出现过负荷；在控制的区域内可 以传输得到更多的功率，因而能减少发电机的热 备用 。 故障限制—在系统短路和设备故障情况下，能够 防止出现线路连锁跳闸的“骨牌效应” 。 阻尼振荡—阻尼可能会损坏设备或限制输电容量 的各种电力系统振荡
一、FACTS设备的基本类型
根据电力电子元件特性及其控制器主电路中的作用
基于晶闸管——控制、投切型（thyristor controlled or switched type) 基于全控型器件（开通或者关断）——变换器型 （converter-based type），
二、并联型设备的定义
基于变换器型（converter-based type）
电压型变流器（VSC）用于电力系统是日本最早起步的，1980年第一个基
于晶闸管的电压型STATCOM在日本诞生，容量为20MVA。1991年，第1个 基于GTO的80MVA的STATCOM在日本投入运行。
第一个串联型控制器—次同步振荡阻尼器，由Hingorani博士发明，是一个
电压源
型变流器
+ -
电压型设备占有较大的市场，成为绝大多数FACTS设备变
流器的基本组成部分
基于变换器型（converter-based type）
静止同步补偿器 (STATCOM)
电压型
并联在系统上，可控 制其容性或感性输出电 流，且STATCOM的最大 容性或感性输出基于变换器型（converter-based type）
线路
通过储能设备（如电池储能系统） 与串联控制器相连，就能控制注 入电压与线路电流之间的相位， 因而它不仅能与交流系统进行无 功功率的交换，而且还能进行有 功功率的交换。
+ 接口电路 储能设备
-
带有储能的SSSC
晶闸管控制、投切型
晶闸管控制串联电容器 （TCSC）
条线路的有功功率在不同SSSC的交流端子之间双
向流动，各SSSC能独立地提供无功补偿、调节每
条线路上的有功功率潮流，并维持所希望的潮流
分布，或者能控制各线路间的无功功率潮流。
旁路设施 线路1 变 电 站 线路2 线路n ＋ － ＋
每个变流器 可以从各自 控制的输电 线路向公共 直流母线提 供有功功率， 因而可以用 轻载线路传 送过负荷线 路的有功功 率。
晶闸管控制的制动电阻
一种并联联接的晶闸管投切电阻
器，用于增强电力系统的稳定性 控制，当系统出现扰动时能减小 发电机组的加速功率。
三、串联型设备的定义
基于变换器型（converter-based type）
静止同步串联补偿器 （SSSC）
线路
一种静止型无外部电能支撑 的串联同步补偿器，其输出 电压与线路电流相量正交， 且输出电压的控制与线路电 流无关，能实现增加或减小 整条线路阻抗上的电抗性电 压降，从而达到控制传输功 率的目的.
线路
一种容性电抗补偿器，它由 串联电容器组与晶闸管控制 的电抗器并联组成，以提供
平滑变化的容性串联电抗。
一种容抗补偿器，由串联电 容器组与晶闸管投切电抗器 晶闸管投切串联电容器 （TSSC）
并联组成，以提供串联容抗
的分段控制。
晶闸管控制、投切型
晶闸管控制串联电抗器 （TCSR）
线路
一种感抗补偿器，由串联

SSSC(static synchronous series compensator）静止
同步串联补偿器
一、FACTS设备的基本类型
并联型控制器可以是可变阻抗，可控电
流源，或者是它们的组合。
并联型控制器
并联型控制器在并联连接点处给系统注入一个电流。只要该注
入电流与母线电压之间的相角差为90°，则并联控制器只能提
控制有功潮流、故障电流限制 控制有功潮流、故障电流限制
9
统一潮流控制器 （UPFC）
有功和无功功率控制器
10
线间潮流控制器(IPFC)
控制本线潮流和线间潮流
1.3 FACTS的发展应用
FACTS的概念之前，已出现一些电力电子控制器了，它们现都已融入 FACTS技术行列之中(如SVC，上个世纪70年代首先由美国通用电气公司投 入商业运行)。
－
＋
－
变流器1
变流器2
变流器n
直线母线 光纤连接 控制
包含n个变流器的线间潮流控制器
统一潮流控制器
将STATCOM和SSSC的直流侧连接在一起的组合装置。它 容许有功功率在SSSC的串联输出端和STATCOM的并联输 出端之间双向流动。 在没有外部储能的条件下，能提供串联线路有功和无功电 流补偿。 通过注入相角没有限制的串联电压，UPFC可以有选择地 控制线路上的有功和无功功率潮流。UPFC也可独立地提 供可控并联无功补偿。
一、FACTS设备的基本类型
该类控制器是单个并联和串
联控制器的组合，这些独立
的控制器之间能够相互协调
工作
UPFC（unified
制器
power flow
直流连接
串并联组合型控制器
controller），统一潮流控
组合的并联和串联控制器一般是用并联部分给系统注入电
流；用串联部分在线路上注入一个电压。
SSSC
STATCOM
直流连接
统一潮流控制器（UPFC）
各种控制器的控制特征
序号 1 FACTS 控制器 静止同步补偿器 (STATCOM 无储能电源) 静止同步补偿器(STATCOM 有储能电源 BESS、SMES、 大容量电容器) 静止无功补偿器（SVC、 TCR、TSC、TSR） 晶闸管控制的制动电阻器 （TCBR） 无功补偿 控制特征
TCSC（thyristor
管控制串联电容器
一、FACTS设备的基本类型
串联型控制器
串联型控制器也能以可控串联电压源（基于电压型变流器）
的形式接入线路，只要该串联电压与流过它的线路电流正 交，串联控制器只能提供或吸收可变的无功功率，在其它 任何相位关系时，则此串联电压都会涉及到有功功率的交 换。
一、FACTS设备的基本类型
直流连接
这类控制器可以是各自独立的
串联控制器的组合。
串串组合型控制器
此类控制器中，串联控制器能独立地对各自所控制的线路进
行串联无功补偿控制，也可通过直流侧的连接与交流系统交
换有功功率
IPFC（interline
器
power flow controller）,线间潮流控制
生器或吸收器，它的输出电
流可调节为容性或感性，以 便保持或控制电力系统的一 些特定参数（典型参数一般 为母线电压）。
晶闸管控制、投切型
晶闸管控制的电抗器(TCR)
一种并联联接的晶闸管控制的电感，其有效电抗值由晶 闸管以不断变化的部分导通方式来控制。
晶闸管投切电抗器 （TSR）
一种并联联接的晶闸管切投电感，其有效电抗由晶闸 管以全部导通或零导通的阶跃变化方式来控制。
建立在电力电子或其它静止
定义 型控制器基础之上的、能提
FACTS
高可控性和增大电力传输能 力的交流输电系统。
1986年，美国电力系统专家N.G.Hingorani博士提出
IEEE PES Task Force of the FACTS Working Group
一、FACTS设备的定义
FACTS代表一种灵活性更好的交流输电系统，有
1.2FACTS设备的分类与简介
一、FACTS设备的基本类型
串并组合型控制器
串联型控制器
FACTS 控制器
并联型控制器
串串组合型控制器
一、FACTS设备的基本类型
串联型控制器
串联型控制器相当于一个可变阻抗，可以是电容
器，电抗器等。
TSSC（thyristor
投切串联电容器
switched series capacitor,)晶闸管 controlled series capacitor,)晶闸
2
无功补偿、有功补偿
3 4
无功补偿 阻尼振荡、暂态和动态稳定性
5
静止同步串联补偿器 （SSSC 无储能电源）
控制有功（无功）潮流
6
7 8
静止同步串联补偿器 （SSSC 有储能电源）
晶闸管控制的串联电容 器（TCSC、TSSC） 晶闸管控制的串联电抗 器（TCSR、TSSR）
控制有功（无功）潮流-控制度更大
三、FACTS技术在输电网潮流控制中的原理
U1∠d1 1
P&Q
x
U2∠d2 2
U1∠d1 I U2∠d2
I
DUL
d d1 d 2
I=∆UL/x 相位滞后∆UL90° 相对于端点电压来说，线路压降∆UL很小，且相位角d 也很小。
三、FACTS技术在输电网中的潮流控制中的原理
U1处有功电流：
供或吸收可变无功功率，任何其它的相位关系均涉及有功功率
的交换。
TCR（ thyristor controlled reactor)晶闸管控制电抗器 TSR(thyristor switched reactor),晶闸管投切电抗器 TSC（thyristor switched capacitor)，晶闸管投切电容器 STATCOM（static synchronous compensator)静止同步补偿器
Ip1=(U2sind)/x
U1处无功电流：
U2cosd Ip1=U2sind/x d
(U1-U2cosd) U1
Iq1 =(U1-U2cosd)/x
U1处有功功率：
f1 I U2sind
f1
U2
P1=U1(U2sind)/x
U1处无功功率：
Iq1=(U1-U2cosd)/x
Q1=U1(U1-U2cosd)/x
U2sind =Ixcosf1=Ip1x
U1-U2cosd =Ixsinf1 Iq1x
三、FACTS技术在输电网中的潮流控制中的应用
U1
U1-U2 I U2 注入电压
Pmax Power I U1U2 P= —— sind X 0° 90° d 180°
U1
U1-U2
I
FACTS设备改变线路潮流的基本方式
第四章 智能输电网技术 4.2 柔性交流输电技术 4.3 柔性直流输电技术
柔性交流输电系统
柔性交流输电的功能和定义 柔性交流输电设备的分类与简介 柔性交流输电系统的发展应用
1 FACTS的功能和定义
一、FACTS设备的定义 Flexible Alternative Current Transmission Systems
电抗器与晶闸管控制的电
抗器并联组成，以得到平
滑变化的串联感性电抗。 一种感抗补偿器，由串联 电抗器与晶闸管控制电抗 晶闸管投切串联电抗器 （TSSR）
器并联组成，以得到串联
感抗的分段控制。
四、串串组合型设备的定义
线间潮流控制器(IPFC) 由两个或多个静止同步串联补偿器（SSSC）组成 的控制器，它们的直流侧互联在一起，以利于每
晶闸管投切电容器（TSC）
一种并联联接的晶闸管投切电容器，其有效电抗由晶闸
管以全部导通或零导通的阶跃变化方式来控制。
静止无功发生器(Static var generator/absorber SVG) 包括晶闸管控制/投切的电容器、电抗器及STATCOM等，SVC和 STATCOM都属于此类 静止补偿系统（static var system, SVS) 静止式及机械式的并联无功补偿装置的输出进行协调而构成的 并联补偿系统，SVG与机械式无功补偿设备的组合
+ -
基于变换器型（converter-based type）
电池储能系统
带有化学储能系统的并联式电压
型变流器，该变流器可与交流系 统进行快速的有功功率和无功功 率的交换 锂电池、铅酸电池、超导储能
+ 接口 储能设备 -
带有储能的STATCOM
晶闸管控制、投切型
静止无功补偿器 (SVC)
一种并联联接的静止无功发