智能输电技术柔性交流输电系统的基本概念PPT资料.ppt

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输电网：

l潮流控制潮流控制较大范围地控制潮流使之按指定路径较大范围地控制潮流使之按指定路径流动流动。

l提高传输容量提高传输容量保证输电线的负荷可以接近热稳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以传输得到更多的功率，因而能减少发电机的热备用备用。

l故障限制故障限制在系统短路和设备故障情况下，能够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防止出现线路连锁跳闸的“骨牌效应骨牌效应”。

l阻尼振荡阻尼振荡阻尼可能会损坏设备或限制输电容量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的各种电力系统振荡二二、FACTSFACTS设备的设备的功能功能U2dd2U1dd1DDULI=UL/x相位滞后相位滞后UL90I12U1dd1U2dd2P&

QIx相对于端点电压来说，线路压降相对于端点电压来说，线路压降UL很小，且相位角很小，且相位角dd也很小。

也很小。

三、三、FACTSFACTS技术在输电网潮流控制中的原理技术在输电网潮流控制中的原理U1处有功电流：

处有功电流：

Ip1=（U2sindd）/xU1处无功电流：

处无功电流：

Iq1=（U1-U2cosdd）/xU1处有功功率：

处有功功率：

P1=U1（U2sindd）/xU1处无功功率：

处无功功率：

Q1=U1（U1-U2cosdd）/xU1U2U2sinddddIq1=（U1-U2cosdd）/x（U1-U2cosd）d）U2cosddIp1=U2sindd/xIff11ff11U2sindd=Ixcosff1=Ip1xU1-U2cosdd=Ixsinff11=Iq1x三、三、FACTSFACTS技术在输电网中的潮流控制中的原理技术在输电网中的潮流控制中的原理Pmax18090PowerP=sinddU1U2X0ddIU2U1U1-U2注入电压注入电压IU1-U2U2U1I三、三、FACTSFACTS技术在输电网中的潮流控制中的应用技术在输电网中的潮流控制中的应用lFACTS设备改变线路潮流的基本方式n当传输角当传输角（或功角）较小时，控制线路阻抗（或功角）较小时，控制线路阻抗X或或可有效控制有可有效控制有功功率。

功功率。

n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，补偿器，SSSCSSSC）。

）。

n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。

电流的大小和相位。

n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。

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。

三、三、FACTSFACTS技术在输电网中的潮流控制中的原理技术在输电网中的潮流控制中的原理1.2FACTS设备的分类与简介设备的分类与简介FACTS控制器控制器串联型控制器串联型控制器并联型控制器并联型控制器串并组合型控制器串并组合型控制器串串组合型控制器串串组合型控制器一、一、FACTSFACTS设备的基本类型设备的基本类型l串联型控制器相当于一个串联型控制器相当于一个可变阻抗可变阻抗，可以是电容，可以是电容器，电抗器等。

器，电抗器等。

lTSSCTSSC（thyristorswitchedseriescapacitor,）thyristorswitchedseriescapacitor,）晶闸管晶闸管投切串联电容器投切串联电容器lTCSCTCSC（thyristorcontrolledseriescapacitor,）thyristorcontrolledseriescapacitor,）晶闸晶闸管控制串联电容器管控制串联电容器一、一、FACTSFACTS设备的基本类型设备的基本类型串联型控制器串联型控制器n串联型控制器也能以可控串联电压源（基于电压型变流器）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。

换。

nSSSC（staticsynchronousseriescompensatorSSSC（staticsynchronousseriescompensator）静止）静止同步串联补偿器同步串联补偿器一、一、FACTSFACTS设备的基本类型设备的基本类型串联型控制器串联型控制器l并联型控制器可以是可变阻抗，可控电流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。

源，或者是它们的组合。

l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入电流与母线电压之间的相角差为9090，则并联控制器只能提，则并联控制器只能提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。

的交换。

lTCRTCR（thyristorcontrolledreactor）thyristorcontrolledreactor）晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器lTSR（thyristorswitchedreactor）,TSR（thyristorswitchedreactor）,晶闸管投切电抗器晶闸管投切电抗器lTSCTSC（thyristorswitchedcapacitor）thyristorswitchedcapacitor），晶闸管投切电容器，晶闸管投切电容器lSTATCOMSTATCOM（staticsynchronouscompensator）staticsynchronouscompensator）静止同步补偿器静止同步补偿器并联型控制器并联型控制器一、一、FACTSFACTS设备的基本类型设备的基本类型l该类控制器是单个并联和串该类控制器是单个并联和串联控制器的组合，这些独立联控制器的组合，这些独立的控制器之间能够相互协调的控制器之间能够相互协调工作工作lUPFCUPFC（unifiedpowerflowunifiedpowerflowcontrollercontroller），统一潮流控），统一潮流控制器制器l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；

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。

直流连接直流连接串并联组合型控制器串并联组合型控制器一、一、FACTSFACTS设备的基本类型设备的基本类型l这类控制器可以是各自独立的这类控制器可以是各自独立的串联控制器的组合。

串联控制器的组合。

l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换有功功率lIPFCIPFC（interlinepowerflowcontrollerinterlinepowerflowcontroller）,线间潮流控制线间潮流控制器器直流连接直流连接串串组合型控制器串串组合型控制器一、一、FACTSFACTS设备的基本类型设备的基本类型l根据电力电子元件特性及其控制器主电路中的作用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基于晶闸管控制、投切型（控制、投切型（thyristorcontrolledorthyristorcontrolledorswitchedtype）switchedtype）基于全控型器件（开通或者关断）基于全控型器件（开通或者关断）变换器型变换器型（converter-basedtypeconverter-basedtype），），一、一、FACTSFACTS设备的基本类型设备的基本类型l电压源电压源型变流器型变流器+-二、并联型设备的定义二、并联型设备的定义基于变换器型（基于变换器型（converter-basedtype）l电压型设备占有较大的市场，成为绝大多数电压型设备占有较大的市场，成为绝大多数FACTSFACTS设备变设备变流器的基本组成部分流器的基本组成部分静止同步补偿器静止同步补偿器（STATCOM）（STATCOM）l电压型电压型l并联在系统上，可控并联在系统上，可控制其容性或感性输出电制其容性或感性输出电流，且流，且STATCOMSTATCOM的最大的最大容性或感性输出电流不容性或感性输出电流不依赖依赖交流系统电压。

交流系统电压。

+-基于变换器型（基于变换器型（converter-basedtype）电池储能系统电池储能系统带有化学储能系统的并联式电压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统进行快速的有功功率和无功功率的交换率的交换锂电池、铅酸电池、超导储能锂电池、铅酸电池、超导储能接口接口储能设备储能设备-+带有储能的带有储能的STATCOM基于变换器型（基于变换器型（converter-basedtype）静止无功补偿器静止无功补偿器（SVC）（SVC）一种并联联接的静止无功发一种并联联接的静止无功发生器或吸收器，它的输出电生器或吸收器，它的输出电流可调节为容性或感性，以流可调节为容性或感性，以便保持或控制电力系统的一便保持或控制电力系统的一些特定参数（典型参数一般些特定参数（典型参数一般为母线电压）。

为母线电压）。

晶闸管控制、投切型晶闸管控制、投切型晶闸管控制的电抗器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。

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。

以全部导通或零导通的阶跃变化方式来控制。

晶闸管投切电容器（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。

管以全部导通或零导通的阶跃变化方式来控制。

晶闸管控制、投切型晶闸管控制、投切型l静止无功发生器静止无功发生器（Staticvargenerator/absorberSVG）（Staticvargenerator/absorberSVG）包括晶闸管控制包括晶闸管控制/投切的电容器、电抗器及投切的电容器、电抗器及STATCOMSTATCOM等，等，SVCSVC和和STATCOMSTATCOM都属于此类都属于此类l静止补偿系统（静止补偿系统（staticvarsystem,SVS）staticvarsystem,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，并联补偿系统，SVGSVG与机械式无功补偿设备的组合与机械式无功补偿设备的组合l晶闸管控制的制动电阻晶闸管控制的制动电阻一种并联联接的晶闸管投切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控制，当系统出现扰动时能减小发电机组的加速功率。

发电机组的加速功率。

静止同步串联补偿器静止同步串联补偿器（SSSCSSSC）一种静止型无外部电能支撑一种静止型无外部电能支撑的串联同步补偿器，的串联同步补偿器，其输出其输出电压与线路电流相量正交电压与线路电流相量正交，且输出电压的控制与线路电且输出电压的控制与线路电流无关，能实现增加或减小流无关，能实现增加或减小整条线路阻抗上的电抗性电整条线路阻抗上的电抗性电压降，从而达到控制传输功压降，从而达到控制传输功率的目的率的目的.线路线路+-三、串联型设备的定义三、串联型设备的定义基于变换器型（基于变换器型（converter-basedtype）线路线路接口电路接口电路储能设备储能设备+-带有储能的带有储能的SSSC通过储能设备（如电池储能系统）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，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，而且还能进行有功功率的交换。

功功率的交换。

基于变换器型（基于变换器型（converter-basedtype）晶闸管控制串联电容器晶闸管控制串联电容器（TCSCTCSC）一种容性电抗补偿器，它由一种容性电抗补偿器，它由串联电容器组与晶闸管控制串联电容器组与晶闸管控制的电抗器并联组成，以提供的电抗器并联组成，以提供平滑变化平滑变化的容性串联电抗。

的容性串联电抗。

线路线路晶闸管投切串联电容器晶闸管投切串联电容器（TSSCTSSC）一种容抗补偿器，由串联电一种容抗补偿器，由串联电容器组与晶闸管投切电抗器容器组与晶闸管投切电抗器并联组成，以提供串联容抗并联组成，以提供串联容抗的的分段分段控制。

控制。

晶闸管控制、投切型晶闸管控制、投切型晶闸管控制串联电抗器晶闸管控制串联电抗器（TCSRTCSR）一种感抗补偿器，由串联一种感抗补偿器，由串联电抗器与晶闸管控制的电电抗器与晶闸管控制的电抗器并联组成，以得到抗器并联组成，以得到平平滑变化滑变化的串联感性电抗。

的串联感性电抗。

线路线路晶闸管投切串联电抗器晶闸管投切串联电抗器（TSSRTSSR）一种感抗补偿器，由串联一种感抗补偿器，由串联电抗器与晶闸管控制电抗电抗器与晶闸管控制电抗器并联组成，以得到串联器并联组成，以得到串联感抗的感抗的分段分段控制。

晶闸管控制、投切型晶闸管控制、投切型线间潮流控制器线间潮流控制器（IPFC）（IPFC）由两个或多个静止同步串联补偿器（由两个或多个静止同步串联补偿器（SSSC）组成）组成的控制器，它们的直流侧互联在一起，以利于每的控制器，它们的直流侧互联在一起，以利于每条线路的有功功率在不同条线路的有功功率在不同SSSC的交流端子之间双的交流端子之间双向流动，各向流动，各SSSC能独立地提供无功补偿、调节每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。

分布，或者能控制各线路间的无功功率潮流。

四、串串组合型设备的定义四、串串组合型设备的定义线路线路n线路线路2线路线路1变流器变流器2变流器变流器1变流器变流器n光纤连接光纤连接直线母线直线母线控制控制变变电电站站旁路设施旁路设施包含包含n个变流器的线间潮流控制器个变流器的线间潮流控制器每个变流器可每个变流器可以从各自控制以从各自控制的输电线路向的输电线路向公共直流母线公共直流母线提供有功功率提供有功功率，因而可以用，因而可以用轻载线路传送轻载线路传送过负荷线路的过负荷线路的有功功率。

有功功率。

统一潮流控制器统一潮流控制器将将STATCOM和和SSSC的直流侧连接在一起的组合装置。

它的直流侧连接在一起的组合装置。

它容许有功功率在容许有功功率在SSSC的串联输出端和的串联输出端和STATCOM的并联输的并联输出端之间双向流动。

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。

流补偿。

通过注入相角没有限制的串联电压，通过注入相角没有限制的串联电压，UPFC可以有选择地可以有选择地控制线路上的有功和无功功率潮流。

控制线路上的有功和无功功率潮流。

UPFC也可独立地提也可独立地提供可控并联无功补偿。

供可控并联无功补偿。

STATCOMSSSC直流连接直流连接统一潮流控制器（统一潮流控制器（UPFC）各种控制器的控制特征各种控制器的控制特征序号序号FACTS控制器控制器控制特征控制特征静止同步补偿器静止同步补偿器（STATCOM无储能电源无储能电源）无功补偿无功补偿静止同步补偿器静止同步补偿器（STATCOM有储能电源有储能电源BESS、SMES、大容量电容器大容量电容器）无功补偿、有功补偿无功补偿、有功补偿无功补偿无功补偿静止无功补偿器（静止无功补偿器（SVC、TCR、TSC、TSR）阻尼振荡、暂态和动态稳定性阻尼振荡、暂态和动态稳定性晶闸管控制的制动电阻器晶闸管控制的制动电阻器（TCBR）2134静止同步串联补偿器静止同步串联补偿器（SSSC无储能电源）无储能电源）控制有功（无功）潮流控制有功（无功）潮流静止同步串联补偿器静止同步串联补偿器（SSSC有储能电源）有储能电源）控制有功（无功）潮流控制有功（无功）潮流-控制度更大控制度更大控制有功潮流、故障电流限制控制有功潮流、故障电流限制晶闸管控制的串联电容晶闸管控制的串联电容器（器（TCSC、TSSC）控制有功潮流、故障电流限制控制有功潮流、故障电流限制晶闸管控制的串联电抗晶闸管控制的串联电抗器（器（TCSR、TSSR）6578统一潮流控制器统一潮流控制器（UPFC）有功和无功功率控制器有功和无功功率控制器9线间潮流控制器线间潮流控制器（IPFC）控制本线潮流和线间潮流控制本线潮流和线间潮流101.3FACTS的发展应用的发展应用4FACTS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技术行列之中技术行列之中（如如SVC，上个世纪，上个世纪70年代首先由美国通用电气公司投年代首先由美国通用电气公司投入商业运行入商业运行）。

4电压型变流器电压型变流器（VSC）用于电力系统是日本最早起步的，）用于电力系统是日本最早起步的，1980年第一个基于年第一个基于晶闸管的电压型晶闸管的电压型STATCOM在日本诞生，容量为在日本诞生，容量为20MVA。

1991年，第年，第1个基个基于于GTO的的80MVA的的STATCOM在日本投入运行。

在日本投入运行。

4第一个第一个串联型控制器串联型控制器次同步振荡阻尼器次同步振荡阻尼器，由，由Hingorani博士发明，是一个博士发明，是一个小功率的串联电容阻抗控制器，西门子公司于小功率的串联电容阻抗控制器，西门子公司于1984年在加利福尼亚对它的年在加利福尼亚对它的性能进行了论证。

性能进行了论证。

4世界上世界上第一个三相第一个三相TCSC由由ABB公司于公司于1992年在美国凯恩塔电站投入运行，年在美国凯恩塔电站投入运行，它使该条线路的输送容量几乎增加了它使该条线路的输送容量几乎增加了30。

41995年在沙利文电站建成的年在沙利文电站建成的STATCOM，是美国历史上第一个采用，是美国历史上第一个采用GTO的的大型大型FACTS装置，容量为装置，容量为100MVA,它是它是FACTS发展史上的一个重要里程碑发展史上的一个重要里程碑.日本关西电力犬山开关站日本关西电力犬山开关站199180MVASVG或或STATCOM装置种类装置种类应用单位应用单位投入年度投入年度容量容量日本东京电力新信浓变电站日本东京电力新信浓变电站199250MVA美国田纳西州沙利文电站美国田纳西州沙利文电站1995100MVA美国肯塔基州艾内兹电站美国肯塔基州艾内兹电站1997160MVA英国白金汉郡克莱登电站英国白金汉郡克莱登电站199775MVA丹麦瑞赖斯比丹麦瑞赖斯比/海德海德（配电配电）19988MVA美国华盛顿州西雅图钢铁公司美国华盛顿州西雅图钢铁公司20005MVA德克萨斯某一电弧炉补偿德克萨斯某一电弧炉补偿199880MVA中国河南电力局中国河南电力局*199920MVA美国墨西哥交界美国墨西哥交界200036MVA美国埃塞克斯电站美国埃塞克斯电站2001133/40MVA美国纽约奥克代尔电站美国纽约奥克代尔电站2002200MVA美国特勒嘎电站美国特勒嘎电站2003100MVA具有标志性的主要实用化的具有标志性的主要实用化的FACTSFACTS装置装置美国电力公司卡若美国电力公司卡若瓦河瓦河/西弗吉尼亚西弗吉尼亚1991345kV系统，线路阻抗补偿系统，线路阻抗补偿从从060%，晶闸管控制分，晶闸管控制分相组合的串联电容器相组合的串联电容器TSSC装置种类装置种类应用单位应用单位投入年度投入年度容量容量美国西部电力局凯美国西部电力局凯恩塔恩塔/亚利桑那亚利桑那1992500kV系统，系统，267MVATCSC美国邦维尔电力局美国邦维尔电力局斯莱特电站斯莱特电站1993巴西因佩拉特里斯电站巴西因佩拉特里斯电站1999230kV系统，系统，50MVAUPFC1998SSSC138kV,160MVA;

STATCOM160MVA;

GTO6kV/4kA美国肯塔基州电力美国肯塔基州电力公司艾内兹电站公司艾内兹电站韩国刚金电站韩国刚金电站2004154kV，80MVApSTATCOMSTATCOM除了应用于输电系统外，还成功应用除了应用于输电系统外，还成功应用除了应用于输电系统外，还成功应用除了应用于输电系统外，还成功应用于发电和配电系统中。

于发电和配电系统中。

发电系统：

如用如用如用如用STATCOMSTATCOM或或或或SVCSVC改善风电场的电能改善风电场的电能改善风电场的电能改善风电场的电能质量；

质量；

19981998年丹麦利用年丹麦利用年丹麦利用年丹麦利用8Mvar8Mvar的的的的ST