（电气工程专业论文）输电线路非全相运行时负序零序电流的补偿控制研究.pdf

中文摘要 摘要 本课题针对实现超高压输电线非全相运行中存在的主要问题，首次提出利用 f a c t s 控制器来滤除负序电流和抑抑制零序电流，为实现超高压输电线长时间非 全相运行奠定基础，这是保证超高压系统持续供电，增进系统稳定性要求的有效 措施之一，它将使现有的电力资源和输配电系统得到充分高效的利用，同时配合 已成熟的故障测距、带电检修技术的应用，则可为电力系统减灾、防灾提供新的 途径，有重要的学术价值和实际应用意义。特别是针对已装设有f a c t s 装置的输 电线路，通过改变控制策略拓展其滤除负序和抑制零序电流的功能，更具有显 著意义。这一措施对于系统中存在单回输电线路或联络线以及系统网架还不十分 紧密情况下的输电线路更具有明显的经济和技术价值，在一定条件下应用这种技 术甚至可以停建或缓建某些平行的输电线，从而获得更大的经济价值。 本文提出的用f a c t s 控制器实现输电线路非全相运时负序零序电流的补偿控 制的方案为： 若输电线两端母线处装设有u p f c 、a s v g 或a p f 的输电线上发生单相永 久性故障时，直接利用装设的u p f c 、a s v g 或a p f 实现对两相运行的负序和零 序电流的补偿控制，以确保持续供电和系统的稳定。同时还可利用u p f c 的串联 补偿来提高和调控两相运行时的传输功率。 若输电线两端母线处没有装设u p f c ，而装有a s v g 或a p f 同样也能实现 对两相运行时的负序和零序电流的补偿控制。 若输电线的一端装设具有串联补偿的u p f c ，可利用串联补偿功能来抑制非 全相运行时故障线路的零序电流，以防止或减弱零序电流对输电线路附近的通讯 和弱电信号的干扰，其具体方案为： a 在非故障相串入一电压，使非故障两相回路间的电压降大小相等，方向相 反，使非故障两柏运行转为单相运行，零序电流得到抑制。 b 在非障相串入一与零序电流成正比的电压源，其方向与零序电流方向相反， 使故障线路中的零序电流得到抑制。 对以上方案进行了仿真研究，结果表明，所提的方案效果显著，为实现输电 线非全相长时间运行提供了较为完备的前提条件。 由于u p f c 和a s v g 一般是在正常运行情况下进行电压、无功和移相控制， 其主电路拓扑结构是三相三桥臂逆变器，它只能为正序和负序电流提供通路。为 实现本文提出的目标，文中提出将u p f c 和a s v g 或a p f 的主电路拓扑结构改为 重庆大学博士学位论文 采用三相三桥臂并带人工接地分支或三相四桥臂并带人工接地分支的三相四线制 逆变器的拓扑结构，以便为零序电流提供通路。特别是在输电线两端母线处均无 u p f c ，而仅装有并补功能的a s v g 或a p f 的情况下，是防止零序电流流两入两 端系统侧的有效措施。在装有u p f c 并采用本文提出的抑制零序电流方法的情况 下，这些装置可以仍保留为三相三桥臂的结构。 本文对现有畸变电流的检测方法进行了分析比较和总结，在详细介绍了瞬时 无功功率理论的基础上，对基于瞬时无功功率理论的畸变电流检测方法：p q 法、 改进的p q 和一法进行了分析和讨论，指出它们在检测畸变电流时的缺陷，在此 基础上提出了直接用于检测三相四线制系统中基波负序、零序和谐波电流的f 。i 。 法。 本文在详细介绍了单周控制理论的基础上，首次提出了两种基于单周控制的 三相四线制有源电力滤波器。本文在理论分析的基础上，结合单周控制的最新技 术，提出结构简单，不需要检测谐波和无功电流，控制器仪由几个带复位积分器、 触发器、比较器和些模拟器件组成的三相四线制有源电力滤波器，在对其开关 周期平均等效电路分析的基础上，推导出它的控制方程，在建立电路模型的基础 上进行了仿真研究。仿真结果表明，所提出的三相四线制有源电力滤波器有很好 的动静态补偿功能，能有效地补偿系统谐波、负序、零序和无功电流。为把基于 单周控制的三相四线制有源电力滤波器用于输电线路，既可在正常运行时滤除谐 波电流、补偿无功，又可在发生单相永久性接地故障时滤除负序和零序电流做了 初步探索。 关键词：f a c t s 控制器，非全相运行，负序电流，零序电流 l i 英文摘要 a b s t r a c t t h i st h e s i ss t u d i e sm a i n p r o b l e m s i n a c h i e v i n g u l t r a h i 曲v o l t a g ep o w e r t r a n s m i s s i o nl i n e so p e r a t i n go nn o n - f u l lp h a s el o n g r u n n i n gm o d e an e wa p p r o a c h u s i n gf a c t sc o n t r o l l e r s t oe l i m i n a t e n e g m i v es e q u e n c ec u r r e n t sa n dr e s t r a i n z e r o s e q u e n c ec u r r e n t si sp r o p o s e df o rt h ef i r s tt i m e ，w h i c hr e a l i z e su l t r ah j i g hv o l t a g ep o w e r t r a n s m i s s i o nl i n e so p e r a t i n go n l o n gt i m e - n o n f u l lp h a s em o d e ，w h i c hi so n eo fe f f e c t i v e m e a n st og u a r a n t e ec o n s t a n tp o w e rs u p p l ) a n ds a t i s f yr e q u i r e m e n t so f s y s t e ms t a b i l i t y , w h i c hw i l lm a k ef u l lu s eo f e x i s t i n gp o w e rs y s t e mr e s o u r c e s ，p o w e rt r a n s m i t t i n ga n d d i s t r i b u t i n gs y s t e m w i t ht h eh e l po fs u c c e s s f u lf a u l tl o c a t i o na n do n l i n ei n s p e c t i o n t e c h n o l o g i e s ，m a n yn e ww a y sc a nb ea p p l i e dt op o w e rs y s t e md i s a s t e rd e f e n c ea n d d i s a s t e re l i m i n a t i o n ，a n di ti s m e a n i n g f u l f o r p r a c t i c a la p p l i c a t i o n sa n da c a d e m i c r e s e a r c h e s p e c i a l l yf o rp o w e r t r a n s m i s s i o nl i n e si n s t a l l e dw i t hf a c t s a p p l i a n c e s ，i t b e n e f i t sm u c hf r o mc h a n g i n gc o n t r o ls t r a t e g i e sa n d e x t e n d i n gf u n c t i o n so fe l i m i n a t i n g n e g a t i v es e q u e n c ec u r r e n t sa n dr e s t r a i n i n gz e r os e q u e n c ec u r r e n t s a sf o rn o to n l y s y s t e m 埘t ls i n g l e c i r c u i tp o w e rt r a n s m i s s i o nl i n e so ri n t e r c o n n e c t e dl i n e s b u ta l s o p o w e r t r a n s m i s s i o nl i n e sw h i c ha r ei nt h ew e a k l yi n t e r c o n n e c t e d s y s t e m s ，e c o n o m i ca n d t e c h n o l o g i c a lv a l u ei sm o r en o t i c e a b l e b yu s i n gt h i st e c h n o l o g y , s o m ep a r a l l e lp o w e r t r a n s m i s s i o nl i n e sa r ee v e nn o tc o n s t r u c t e do rb eb u i l d e dl a t e s o ，i t se c o n o m i cv a l u ei s o b v i o u s t h i st h e s i s p r e s e n t s as c h e m e ，w h i c hu s e s f a c t sc o n t r o l l e r st oa c h i e v e c o m p e n s a t i o na n dc o n t r o l o fn e g a t i v e s e q u e n c ea n dz e r os e q u e n c ec u r r e n t su n d e r c o n d i t i o nt h a tp o w e rt r a n s m i s s i o nl i n e so p e r a t eo n l o n gt i m e n o nf u l lp h a s em o d e a n d t h es c h e m ei sa sf o l l o w 1 ) u n d e rc i r c u m s t a n c e st h a to n eo fu p f c ，a s v ga n da p fa l ei n s t a l l e do nb o t h s i d e so f p o w e rt r a n s m i s s i o nl i n e s ，i fp e r m a n e n tg r o u n d i n gf a u l to fs i n g l ep h a s eo c c u r s o np o w e rt r a n s m i s s i o n l i n e s ，t h ei n s t a l l e du p f c ，a s v ga n da p fc a nb eu s e dt o a c h i e v ec o m p e n s a t i o na n dc o n t r o lo f n e g a t i v es e q u e n c ea n dz e r os e q u e n c ec u r r e n t sf o r t w o p h a s er u n n i n g ，a n di t c a r lg u a r a n t e ec o n s t a n tp o w e rs u p p l ya n ds y s t e m s t a b i l i t y m o r e o v e r , c a s c a d ec o m p e n s a t i o no fu p f cc a l l b eu s e dt o i m p r o v e a n d a d j u s t t r a n s m i s s i o np o w e rf o rt w o p h a s e sr u n n i n g ，t o o 2 ) u n d e rc i r c u m s t a n c e st h a tu p f ci sn o ti n s t a l l e do nb o t hs i d e s o fp o w e r t r a n s m i s s i o nl i n e s ，b u ta s v ga n da p fa r e i n s t a l l e d ，i tc a nb ea c q u i r e dt h es a m e 1 1 1 重鏖叁堂竖主主些堡茎一 c o m p e n s a t i o n a n dc o n t r o lo fn e g a t i v e s e q u e n c e a n dz e r o s e q u e n c e c u r r e n t sf o r t w o - - - p h a s er u n n i n g 。 3 、u n d e rc i r c u m s t a n c e st h a tu p f cw i t hc a s c a d ec o m p e n s a t i o n f u n c t i o n si s i n s t a l l e do no n es i d eo fp o w e rt r a n s m i s s i o nl i n e s ，c a s c a d ec o m p e n s a t i o nf u n c t i o n sc a n b eu s e dt or e s t r a i nz e r os e q u e n c ec u r r e n t so fa b n o r m a ll i n e so p e r a t i n go nl o n gt i m e - n o n f u l l p h a s e m o d e i no r d e rt o p r e v e n to r e l i m i n a t ei n t e r f e r e n c e r e s u l t e df r o mz e r o s e q u e n c e c u r r e n t st oc o m m u n i c a t i o ns i g n a l sn e a r b y ；t h ed e t a i l e ds c h e m ei sd e s c r i b e da s f o l l o w s 舢i fw ea d dav o l t a g es o u r c et on o r m a lp h a s ei ns e r i e sm o d e ，e n s u r ev o l t a g ef a l l b e t w e e nt w on o r m a lp h a s e si se q u a li na m p l i t u d ea n do p p o s i t ei nd i r e c t i o n ，a n dm a k e r u n n i n gm o d ef r o mt w on o r m a lp h a s e st os i g n a lp h a s e ，z e r os e q u e n c ec u r r e n t sc a r lb e r e s t r a i n # da c c o r d i n g l y b ) i f w ea d da v o l t a g es o u r c et on o r m a lp h a s e i ns e r i e sm o d e ，w h i c hi sp r o p o r t i o n a l t oz e r os e q u e n c ec u r r e n t si na m p l i t u d ea n do p p o s i t ei nd i r e c t i o n ，z e r os e q u e n c ec u r r e n t s i na b n o r m a ll i n e sc a r lb er e s t r a i n e da c c o r d i n g l y s i m u l a t i o ns t u d i e sa r e p e r f o r m e d f o rs c h e m e sm e n t i o n e da b o v e a n dt h e s i m u l a t i o nr e s u l t sv e i l f yt h es c h e m e sp r e s e n t e di nt h i st h e s i sa r ev a l u a b l ef o rl o n g t i m e n o nf u l lp h a s em o d e b e c a u s eu p f ca n da s v gu s u a l l yc o n t r o l v o l t a g e ，r e a c t i v ep o w e ra n dp h a s e d i s p l a c e m e n tu n d e rn o r m a lc o n d i t i o n ，i t sm a i nc i r c u i t sa r ea l w a y st h r e e p h a s ei n v e r t e r s w i t h t h r e e l e g i tc a l lo n l yp r o v i d ep a s s a g e sf o rp o s i t i v es e q u e n c ea n dn e g a t i v es e q u e n c e c u r r e n t s i no r d e rt oa c c o m p l i s ht h et a r g e t s ，m a i nc i r c u i tt o p o l o g i e so fu p f ca n da s v g s h o u l db ec h a n g e di n t o t h r e e p h a s e f o u r - w i r es y s t e mb a s e do nt h r e e p h a s ei n v e r t e r s w i t h t h r e e l e gu s i n gg r o u n d i n gb r a n c ho rt h r e e - p h a s ei n v e n e r sw i mf o u r - l e gu s i n g g r o u n d i n gb r a n c h w i t ht h ec h a n g eo f c i r c u i tt o p o l o g y , i tc a np r o v i d ep a s s a g e sf o rz e r o s e q u e n c ec u r r e n t s p a r t i c u l a r l y , u n d e rc o n d i t i o nt h a tu p f c i sn o ti n s t a l l e do nb o t hs i d e s o fp o w e rt r a n s m i s s i o nl i n e sa n d o n l y a s v ga n da p fw i t hs h u n t c o m p e n s a t i o n f u n c t i o n sa r ei n s t a l l e d ，i ti sa ne f f e c t i v em e a s u r et op r e v e n tz e r os e q u e n c ec a r r e n t sf r o m f e e d i n g i nb o t hs i d e so f p o w e r s y s t e m a n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no fe x i s t i n gd e t e c t i o nm e t h o d so fd i s t o r t i o nc u r r e n t sa r e p e r f o r m e d i nt h i st h e s i sa n dc o n c l u s i o ni sd r a w n w i t h i n v e s t i g a t i o n o ft h e i n s t a n t a n e o u sr e a c t i v e p o w e rt h e o r y i n d e t a i l ，t h i s t h e s i s a n a l y z e s t h ed e t e c t i o n a p p r o a c h e so f d i s t o r t i o nc u r r e n t sb a s e d0 1 1t h ei n s t a n t a n e o u sr e a c t i v ep o w e r t h e o r y , s u c h a sp q m e t h o d ，i m p r o v e dp qm e t h o da n di p i qm e t h o d ，a n dd i s c u s s e si t sd e f e c t sw h e n i v 英文摘要 a p p l i e dt os e n s i n g d i s t o r t i o nc u r r e n t s b a s e do nt h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o n ，t h i st h e s i s p u t sf o r w a r di p - i qm e t h o df o rs e n s i n gn e g a t i v es e q u e n c ea n dz e r os e q u e n c ec u r r e n t so f f u n d a m e n t a lw a v ea n dh a r m o n i cc u r r e n t si nt h et h r e ep h a s e - f o u rw i 册s y s t e m b a s e do nat h o r o u g hd i s c u s s i o no nt h e o n e - c y c l e c o n t r o l t h e o r y , t h i s t h e s i s p r o p o s e st w o k i n d so f t h r e e - p h a s ef o u r - w i r ea p fu s i n go n e - c y c l ec o n t r o lt h e o r yf o rt h e f i r s tt i m e w i t ht h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dl a t e s tt e c h n o l o g yo f o n e c y c l ec o n t r o lt h e o r y , t h i st h e s i sb r i n g sf o r w a r do n ek i n do f t h r e e p h a s ef o u r - w i r ea p f , w h i c h i s s i m p l e ，a n d d o e sn o tn e e ds e n s eh a r m o n i ca n dr e a c t i v ec u r r e n t c o m p o n e n t s i na d d i t i o n ，t h e c o n t r o l l e ri s c o m p o s e do fs e v e r a li n t e g r a t o r s w i t hr e s e t ，f l i p f l o p s ，c o m p a r a t o r sa n d s o m ea n a l o gh a r d w a r ec i r c u i t s a n a l y s i sf o rt h ea v e r a g em o d e lo ft h ea p fi ns w i t c h i n g p e r i o di sp e r f o r m e da n dt h ec o n t r o le q u a t i o n sa r ed e r i v e d am a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h e a p fw a sb u i l t s i m u l a t i o nr e s u l t sv e r i 母t h ep r o p o s e dt h r e e - p h a s ef o u r - w i r ea p f , w h i c h a c h i e v e ss a t i s f a c t o r ys t e a d ya n dd y n a m i c c o m p e n s a t i o np e r f o r m a n c e s ，a n dc o m p e n s a t e s h a r m o n i c ，n e g a t i v es e q u e n c e ，z e r os e q u e n c ea n dr e a c t i v ec u r r e n t se f f e c t i v e l y t h e r e f o r e t h et h r e e 。p h a s ef o u r - w i r ea p fb a s e do no n e c y c l ec o n t r o l t h e o r yc a nh ea p p l i e dt o p o w e rt r a n s m i s s i o nl i n e s i tc a ne l i m i n a t eh a r m o n i cc u r r e n t sa n dc o m p e n s a t er e a c t i v e p o w e r u n d e rn o r m a lc o n d i t i o n ，a n dm e a n w h i l ei tc a na l s oe l i m i n a t et i e g a 土i v es e q u e n c e a n dz e r o s e q u e n c e c u r r e n t su n d e rc i r c u m s t a n c e s p e r m a n e n tg r o u n d i n gf a u l to f s i n g l e - p h a s eo c c u r s ，w h i c hm a k e sl o n gt i m e - n o nf u l lp h a s em o d ep o s s i b l e k e y w o r d s ：f a c t s c o n t r o l l e r , n o n f u l lp h a s er u n n i n g , n e g a t i v es e q u e n c ec u r r e n t s ， z e r os e q u e n c ec u r r e n t s v 1 绪论 1 绪论 1 1 课题的目的和意义 我国电力系统发展非常迅速，目前年发电量已居世界第2 位，据估计，世界 未来1 0 年的新建电站总容量的1 4 在中国。目前，三峡电网、华北电网和东北电 网联网工程正在紧张麓工建设，到2 0 0 3 年，随着三峡工程首批机组投产，将实现 川渝电网与华中电网、华东电网的联网，从而在中国首次实现较大范围内的水、 火电补偿和跨区域调节。此外，还有正在加紧前期工作的福建电网与华东电网联 网、山东电网与华北电网联网、西北电网与华东电网联网、西北电网与华北电网 联网工程等。到2 0 1 0 年2 0 2 0 年之间，随着三峡电站地下厂房2 6 台机组投产，将 向华北电网输送调峰电力，还将实现与华南电网的强联系。这时，除西藏、中国 台湾外，将正式形成全国统一的联合电网。我国电网也将从8 0 年代中期的高参数、 大机组、高电压、大电网时期，发展到现在的大区电网互联、全国统一联合电网 的新阶段。 大电网具有明显的优越性，例如可以合理开发与利用能源、节省投资与运行 费用、增加对用户的供电安全性等等，因而也促进了超高压大电网的形成和发展。 但是，随着系统总容量的不断增加、网络结构的日趋复杂，它也带来了潜在的威 胁。国内外大量资料表明，电力系统暂态失稳在很多情况下是因为单故障发生 后，由于切除部分线路，造成某些线路严重过负荷而引发连锁跳闸，从而使系统 失去稳定。即局部电网的某些个别问题，特别是发生短路故障等情况，其影响将 波及邻近的广大地域，可能诱发恶性连锁反应，最终酿成大面积停电的重大系统 “灾害性”事故，其中联络线或超高压输电线故障更易造成系统解列以至大面积 停电，所以超高压输电线路作为电力系统的主干线，其运行状态的好坏直接影响 系统稳定。 自6 0 年代以来，在世界范围内已发生了多起灾变性的重大电力系统事故，造 成了巨大的经济损失和社会影响。其中，最有影响的一次是1 9 6 5 年1 1 月9 日美 国发生的“东j b 部停电事故”，即著名的( 第一次) 纽约停电事故。这次事故从一条 2 2 0 k v 线路因过负荷继电保护动作断开开始，不过1 2 分钟，就造成了2 1 0 0 0 m w 用电负荷停电，最长停电时间1 3 小时，停电区域2 0 万平方公里，影响居民人数 约3 0 0 0 万。因此，尽早开展电力系统灾变防治的研究，避免灾难的重演已成为目 前电力系统研究的当务之急。 引发电力系统出现“灾害性”事故的主要原因之一是输电线的短路事故其中 架空输电线的短路多为单相接她短路，其发生机率约为6 5 以上，超高压输电线 重壅查兰壁主竺垡笙塞 一 由于相间距离很大，故障类型中单相短路比重更大，高达9 0 以上。并且架空输 电线的短路大韶分为雷击所引起的“瞬时性”故障，约占这类故障的8 0 。为此 采用自动重合闸装置可以在保护切除故障后迅速恢复线路的正常运行，这无论在 技术上和经济上都是合理的。 单相短路故障中仍有】0 - 2 0 为“永久性”故障。如文献 1 】美国从m a r y s v i l l e 到k a m m e r 的7 6 5 k v 输电线自1 9 8 0 年投入单相自动重合闸装置，到1 9 8 3 年为止 发生过3 次单相接地短路，其中2 次单相重合闸成功，但仍有1 次不成功。目前， 解决永久性单相接地故障的办法是) g - - 相，即系统解列。这在超高压系统中往往 不能满足系统动态稳定的要求且排除故障后并列的时间较长，可能诱发大面积停电 的“灾难性”事故。 超高压输电线发生单相永久性接地故障时，之所以不能由传统的三相跳闸改为 单相跳闸，实现两相长时间运行，主要是因为这时电网结构的不平衡会产生大量的 负序和零序电流，负序电流会在发电机转子中感应出二倍频率的交流电流，引起转 子发热，机组振动；转子中的偶次谐波电流在定子中感应出奇次谐波电流，谐波电 压与基波电压的叠加有可能产生过电压【2 】；零序电流会对附近的通信线路产生干扰 及危险的过电压。此外，反应负序和零序分量的继电保护，包括多相补偿距离继电 器在非全相运行时也会遇到不同程度的困难。因此，消除或减小系统中的负序和零 序电流是实现超高压输电线非全相长时间运行的关键。 1 2 非全相运行的研究现状 输电线长时间非全相运行的研究在4 0 年代就曾被提出，在5 0 7 0 年代进行了 较广泛地研究p j ，但由于当时电力电子技术落后，无法饵决负序电流对发电机危害 这个“卡脖子”问题，使研究工作停滞了下来。现有的关于菲全相运行的研究多 限于单相自动重合闸过程中出现的问题。由于单相自动重合闸过程中出现的非全 相运行时间很短，一般不超过0 5 秒，因此负序电流引起的发电机转子发热和零序 电流对通信系统干扰的问题不太严重，已有文献均是研究讨论单相自动重合闸期 间二次燃弧现象及特性和单相自动重合闸给继电保护带来的问题。 在发生单相永久性接地故障时要实现两相运行，由于非全相运行时间变长，其 分析的重点就应该放在消除或减小系统所产生的负序和零序电流上。随着电力电子 技术的蓬勃发展，对解决这个长时间困扰的“卡脖子”问题展现了新的途径。文献 4 】对此问题作出了新的有意义地探索，提出用无源的对称序分量滤过器来实现两钼 长时间运行。这种方式实际是无源双向并联补偿装置，它由一个形和一个y 形接 地装置组成。滤过器都是由可变电感、可变电容组成。在单相开断时，通过向需要 2 1 绪论 滤除的负序和零序分量提供一个低阻抗通路，把有害的负序和零序电流限制在系统 的有限区域内流动，不让其流到远方系统。当单相开断时，该装置自两端母线处投 入，由它们供给系统负序和零序补偿电流。该装置对正序网络没有影响。它的主要 缺点是：需要实时调节补偿装置的电感、电容值；需要了解整个系统的阻抗关系， 计算繁琐；不能补偿单相开断时产生的高次谐波电流；故障解除后，该装置就闲置 在一边，设备利用率不高；并且所需补偿装置容量很大，给装簧的工程实际应用带 来困难。这种方法要提高非全相运行时的传输容量还需采取其它措施。 如果能在电力系统原有装置的基础上通过改变控制策略，对其功能的拓展，以滤 除非全相运行时负序和零序电流，实现超高压输电线路的非全相运行，则不仅可以提 高设备的利用率而且可以降低运行费用。 随着现代电力电子技术和控制技术的飞速发展，它们与电力系统传统的阻抗控 制元件、功角控制元件( 串补电容、并补电容、电抗、移相器) 等相结合，就出现了 灵活交流输电技术。本文提出应用这一技术快速补偿系统非全相运行时产生的零序 和负序电流，同时提高与调控其传输容量，为实现电力系统非全相运行刨造条件。 这一措施对于系统中存在单回输电线或联络线以及系统网架还不十分紧密情况下的 输电线路更具有明显的经济和技术价值，在定条件下应用这种技术甚至可以停建 或缓建某些平行的输电线，从而获得更大的经济价值。 1 - 3 灵活交流输电技术的发展及应用 灵活交流输电技术( f l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t e m ，缩写为f a c t s ) 是电力电子 技术与电力工业交叉的新型学科，已被国内外学者公认为是“现代电力系统中三项 具有变革性影响的前沿性课题之一”。f a c t s 这一概念是由美国著名电力专家 n ，g h i n g o r a n i 于1 9 8 6 年提出的1 6 。实际上，属于f a c t s 控制器家族的静止无功 补偿器s v c ) 和静止调相器( s t a t c o n ) 的研制和应用早在7 0 年代中就已出现，当时只 是作为一个单一的新型装景来对待，并未形成一个整体的概念。n g h i n g o r a n i 自己 也于8 0 年代初发明了一种基于电力电子技术的次同步谐振阻尼器( s s r d a m p e r ) ，并 以自己的名字缩写n g h 命名。这就引发了他对多种f a c t s 部件的设想，并迅速推 动了f a c t s 技术的发展。f a c t s 这个技术概念一经创立，很快就出现“一呼百应” 的局面，目前尚处在蓬勃发展的初级阶段。 f a c t s 的主要内容是在传统交流输电系统韵基础上，应用电力电子技术、微处 理器和微电子技术、通信技术和控制技术，实现对交流输电系统参数以及网络结构 的灵活快速控制，以达到提高输电能力并且抑制振荡改善系统动态特性的目的。国 内外有学者预测，认为2 l 世纪的输电网将成为实时控制的柔性化输电网，那时电力 重庆大学博士学位论文 用户将不再遭受停电和振荡的侵害。 1 3 1 灵活交流输电技术 灵活交流输电技术是指装有电力电子型或其他静止型控制器以加强系统可控性 和增加功率传输能力的交流输电系统。这一新技术是日新月异的电力电子技术与电 力系统传统的阻抗控制元件、功角控制元件以及电压控制元件( 如串联电容，并联电 容、电抗，移相器，电气制动电阻等) 相结合的产物。它的主要内涵是用大功率可控 硅元件代替这些传统元件上的机械式高压开关，从而使电力系统中影响潮流分布的 三个主要电气参数：电压、线路阻抗及功率角可按照系统的需求迅速调整。在不改 变网络结构的情况下，使电网的功率输送能力以及潮流和电压的可控性大为提高。 众所周知，电力系统中任一条线路的传输功率可以表示为： 、 p = 簪s i n ( 6 i - 6 2 ) ( 1 1 ) 要想改变线路的传输功率，从而改变系统的潮流分布，可以调整的参数为电压，线 路阻抗和功角。如图1 1 所示，给出了当前正在研制或已在应用的主要输电型f a c t s 控制器的控制作用，图中下半部分示出的6 种应用晶闸管阀控制的控制器能控制输 电电压或阻抗或功角。图中上半部分示出的3 种应用g t o 构成的同步电压源型的 控制器中只有u p f c 能够同时或有选择地控制所有输电参数( 电压、阻抗和功角) 。 因此，f a c t s 控制器可对上述影响电力系统运行的参数进行快速、精确的控制，从 而对其潮流变化、功率流向、输送能力、阻尼振荡以及防止事故扩大等多方面运行 性能的改进和提高具有巨大功能。 “z 5 1咒k l s ： r = 阜n 一l r ：、 v 。 p iv 基于g f o 同步电压源的丰孛制器 整r 晶闸管阀的控制嚣 图1 1主要输电型f a c t s 控制器功能示意圈 f i g 1 1d i a g r a mo f t r a n s m i s s i o nb a s e df a c t sc o n t r o l l e r sf u n c t i o n s 4 i 绪论 l t 3 2f a c t s 主要控制器简介 9 “3 2 l f a c t s 作为一项电力系统新技术，近年来发展十分迅速，所包含的控制器不断 增加，其原理、性能、与系统结合方式等也多种多样。归纳所见资料，f a c t s 控制 器主要包括以下几种： ( 1 ) 静止无功补偿器( s t a t i c v a r c o m p e a s a t o r ，简称s v c ) 这是已广泛应用的f a c t s 控制器。其中晶闸管控制的电抗器( t c r ) 、晶闸管 投切电容器( t s c ) 等常规s v c ，目前在输电系统中运行的约有1 8 0 套，我国运行于 5 0 0 k v 的s v c 已有5 台，积累了大量经验。其主要功能是保证动态无功功率的快 速调节，并可兼有事故时的电压支持作用，维持电压水平，平息系统振荡等，是 并联控制。 ( 2 ) 静止无功发生；器：( a d v a n c e ds t a t i cv a tg e n e r a t o r ，简称a s v g ) 这是对s v c 革新改进后的装置，它是由换流器构成的静止无功调节装置，可 以发出或吸收无功功率。直流侧的电容器只是用来维持直流电压，不需要多大容 量。其整体功能类似于同步调相机，但大为简化。它调节无功的能力比s v c 强， 其输出无功电流不会因母线电压的大幅度降低而降低。 ( 3 ) 超导蓄能器( s u p e r e o a d u c t i t t gm a g t l e t i ce n e r g ys t o t a g e ，简称s m e s 、 此装置结构简单，由电力电子换流器( s c r 或g t o 等构成) 控制的一个大容量 超导蓄能线圈所组成。随着高温超导技术的发展，它的发展前景更加看好。它能 够在短时间内向交流电力系统释放或从系统吸收大量能量，可快速提供几秒的备 用电力：瞬时提供同步或阻尼功率以提高输电的静态和暂态稳定性，可望用于电 力系统突发事故处理和提高稳定性。 ( 4 ) 固态断路器( s o l i d s t a t ec i r c u i tb r e a k e r ，简称s s c b l 固态断路器控制输电线的切合操作，是使整个交流电网柔性化的关键f a c t s 部件之一。采用固态断路器可以提高开断速度，提高稳定性。 ( 5 ) 次同步谐振阻尼器( s s r - d a m p e r 或n g h d a m p c o 它是用双向晶闸管开关控制电阻和电感，以形成串联电容的旁路通道，降低 输电线阻抗，增加电力潮流，提高稳定极限。其实，它的功能和作用可包括在t c s c 的功能之内，是形成大容量可控串补的基础。 ( 6 ) 可控串联电容补偿器( 1 1 1 蜘s t o r - c o n t r o l l e ds e r i e sc a p a c i t o r ，简称