FACTS和电力系统-2014

控制输电阻抗就能控制输电电流。 控制输电阻抗或相角就能控制有功潮流。 控制了相角就控制了输电电压，也就控制了电流和有功潮流。 串联注入与输电电流正交电压可以改变输电电流大小，即串 联注入无功可以控制输电电流和有功潮流。 串联注入大小和相角可控的电压可以控制输电电流的大小和 相角，也就精确控制了有功和无功潮流，但需串联注入有功 和无功。 串联型FACTS控制器的容量只是线路容量的一小部分。 控制线路电压可以经济有效的控制无功潮流。 用串联控制器进行阻抗控制，用并联控制器进行电压调节， 14 这种复合控制方案可以经济有效的控制有功和无功潮流。
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1 电力系统结构：FACTS
采用电力半导体开关器件形成FACTS手段来取代机械开关方 案！ 世界上第一台并联型静止无功补偿器（SVC）分别由通用电 气、西屋电气公司于1974、1975年制造，分别在Nebraska、 Minnesota投运以控制电压。 世界上第一台串联型NGH－SSR阻尼器由西门子公司于 1984年制造，在California投运以控制串联补偿容抗、阻尼 系统次生同步振荡。 FACTS能在不改变现有输电网络的情况下，通过调控电力系 统参数，使输电线达到其热极限，部分缓解电力安全和电能 质量问题，以满足更多的电力需求。
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第一章 绪论：FACTS和电力系统
1、电力系统结构 2、电力系统潮流 3、输电能力限制 4、潮流和动态稳定性 5、电力系统参数可控性 6、FACTS控制器类型 7、FACTS控制器定义 8、FACTS技术收益 9、FACTS与HVDC
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1 电力系统结构：特点和问题
电力系统由发电、输电、配电和用电等4个部分组成。 出于经济考虑，输电线在不同企业、不同区域甚至不同国家 之间互联形成输电网络，以提高供电可靠性和降低电力价格。 提高输电能力可使总发电容量和资源损耗降低。 电力系统存在运行复杂、安全性低、潮流缺乏足够控制、无 功超标、大规模动态振荡等诸多问题，导致网络输电能力不 能得到充分利用。 电力系统调控的执行机构主要还是机械开关，动作时间长、 易损坏、不能频繁使用，电力系统总体上是不可控的！ 电力系统付出了提高稳定运行裕度和增加冗余备份的代价， 输电能力却没有得到充分利用，并不十分经济。
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子图(c)：电抗器可控串补，TCSR，潮流可控。 子图(d)：调相器可控串补，TCPAR，潮流可控。 还可串联注入可变电压来控制输电线潮流。
3 输电能力限制
电力系统的输电能力主要受热极限、绝缘极限和稳定极限的 影响。 输电线热极限与环境温度、风力情况、导体材料、离地距离 和输电历史等有关，可离线或在线实时监测。 绝缘极限设计相对保守，可承受10％甚至更高的过电压。 稳定极限含暂态稳定性、动态稳定性、静态稳定性、频率崩 溃、电压崩溃和次生同步振荡SSR问题等。 电力系统必须安全、经济、高效、优质运行！
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4 潮流和动态稳定性
子图(a)：双 机无穷大母 线系统电路。 子图(b)：输 电线压降和 电流相量。 子图(c)：有 功和无功电 流分解相量。 子图(d)：输 电潮流功角 关系。 12
P E1 E2 sin X P 1 P 2
Q1 E1 E1 E2 cos X
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7 FACTS控制器定义：串并联型
子图(a)：晶闸管控制移相变压器TCPST，晶闸管 控制相角调节器TCPAR，相间功率控制器IPC。 子图(b)：统一潮流控制器UPFC。
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7 FACTS控制器定义：其它类型
子图(a)：晶闸管控 制电压限制器TCVL。 子图(b)：基于抽头 改变的晶闸管控制 电压调节器 （TCVR）。 子图(c)：基于电压 注入的晶闸管控制 电压调节器 （TCVR）。
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2 电力系统潮流：双并联线例子
子图(a)：潮流与不 同输电阻抗成反 比，输电线冷热不 均，潮流不可控。 子图(b)：采用 HVDC输电，引入 了电力电子变换 器，潮流可控， HVDC输电线路可 达到热极限，还可 维持稳定性，但代 价昂贵，长距离输 电可考虑。 8
2 电力系统潮流：双并联线例子（续）
子图(c)：电容器可 控串联补偿输电线 阻抗，潮流可控。 子图(d)：调相器串 联调节相角，潮流 可控。 还可串联注入可变 电压以控制潮流。
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2 电力系统潮流：输电网络例子
额定输电能力： AB＝ 1000MW，BC ＝1250MW， AC＝2000MW。 子图(a)：自然 潮流，BC线路 过载，需要增 加AC线路输电 功率。 子图(b)：电容 器可控串补， 潮流可控。
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9 FACTS和HVDC
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Q2 E2 E2 E1 cos X
4 潮流和动态稳定性
子图(e)：电 压调节，对 无功比对有 功潮流的影 响大。 子图(f)：串 联注入与电 流正交电 压，主要影 响电流大小 和有功潮流。 子图(g)：串联注入大小和相角可控的电压， 有功和无功潮流同时改变。
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5 电力系统参数可控性
电力电子技术在电力系统的应用：课程内容
第一章：绪论（FACTS和电力系统、电力半导体开关器件、 电力电子变换电路）6学时 第二章：并联补偿控制（SVC、SVG、STATCOM）6学时 第三章：串联补偿控制（GCSC、TSSC、TCSC、SSSC）4学时 第四章：电压和相角调节器（TCVR、TCPAR）2学时 第五章：综合补偿器（UPFC、IPFC）4学时 第六章：应用实例2学时
6 FACTS控制器类型
子图(a)：FACTS控 制器的一般符号， 可以是阻抗型、变 换器型或混合型。 子图(b)：串联控制 器，串联注入电 压，与电流正交时 只有无功交换，否 则会有有功交换。 子图(c)：并联控制器，并联注入电流，与电压正交时只有无功交换， 否则存在有功交换。 子图(d)：双串联控制器，多输电线系统，协调控制，IPFC，公共直流 环节可交换多输电线之间的有功潮流。 15 子图(e)：串并联控制器，串联注入电压，并联注入电流，协调控制， UPFC，无公共直流环节。
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2 电力系统潮流
电力系统发电量和用电量必须时时刻刻保持平衡，属有功和 无功潮流自调节系统，但自调节范围并不大，导致无功支撑 与电压崩溃问题。 长距离有大小不一的各种环路潮流，如加拿大Ontario水电通过PJM系 统送至美国东北电网就经过了一段很长的环路。
电力电子技术在电力系统的应用 Applications of Power Electronics in Power Systems
华中科技大学 电气与电子工程学院 应用电子技术工程系 戴珂 027-87543071-811(O)、13808637632(M) daike_hust@
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电力电子技术在电力系统的应用：课程简介
6 FACTS控制器类型（续）
子图(f)：串并联 控制器，串联 注入电压，并 联注入电流， UPFC，有公共 直流环节。 子图(g)：串并 联控制器，串 联注入电压， 并联注入电 流，UPFC，有 公共直流环 节，多输电线 系统。
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子图(h)：串联控制器，有储能环节。 子图(i)：并联控制器，有储能环节。 子图(j)：串并联控制器，有储能环节。
7 FACTS控制器定义：并联型
FACTS：采用电力电子和其它 静止控制器以增强系统可控性、 提高输电能力的柔性交流输电 系统。 FACTS控制器：采用电力电子 和其它静止装置以控制交流输 电系统的一个或多个参数。
子图(a)：电压源型VSC和电流源型变换器CSC。 子图(b)：静止同步补偿器STATCOM，静止同步发生器 SSG，电池储能系统BESS，超导磁场储能系统SMES。
先修课程：电力电子学、自动控制理论、电气工程基础 课程教材：Narain G.Hingorani, and Laszlo Gyugyi; Understanding FACTS, IEEE Press, New York, 2000 主要参考书： 1）陈坚编著；“柔性电力系统中的电力电子技术——电力电 子技术在电力系统中的应用”；北京，机械工业出版社，2012 2）谢小荣，姜齐荣著；“柔性交流输电系统的原理与应用”； 北京，清华大学出版社，2006 3）R.Mohan Mathur等著，徐政译；“基于晶闸管的柔性交流 输电控制装置”；北京，机械工业出版社，2005 学时/学分：24/1.5 2 考核方式：研究报告（优、良、中、及格、不及格）
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7 FACTS控制器定义：并联型（续）
子图(c)：静止无功 补偿器SVC，晶闸 管控制电抗器 TCR，晶闸管投切 电抗器TSR，晶闸 管投切电容器 TSC，静止无功发 生器SVG，静止无 功系统SVS。 子图(d)：晶闸管控制制动电阻器 TCBR
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7 FACTS控制器定义：串联型
子图(a)：静止 同步串联补偿器 SSSC，线间潮 流控制器IPFC。 子图(b)：带储 能环节的SSSC。 子图(c)：晶闸管 控制串联电容器 TCSC，晶闸管 投切串联电容器 TSSC。 子图(d)：晶闸管控制串联电抗器TCSR， 晶闸管投切串联电抗器TSSR。
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8 FACTS技术收益
潮流定制控制 提高负载能力至热极限 增强系统安全性 减小发电储备要求 新发电厂位置选择更灵活 线路升级 减小无功潮流 减小环路潮流 增加低成本发电利用率
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8 FACTS技术收益
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9 FACTS和HVDC
HVDC的主要应用领域：海底电缆、长距离输电、 地下输电、不同频率交流电网互联，轻型与多端柔 性HVDC。 FACTS优势：现有母线节点间稳态相角合理可 行；造价低；容量小。