华北电力大学-直流输电与FACTS技术-Ch6 FACTS概述.ppt

直流输电与FACTS技术 杨用春电力工程系电力教研室办公地点 教一楼307E mail yongchunyangjx 2 第六章柔性交流输电系统 FACTS 概述 FACTS的概念FACTS的产生背景FACTS的技术特点FACTS与HVDC的关系FACTS控制器的分类 3 6 1FACTS的概念 灵活交流输电系统 又称柔性 弹性 交流输电系统 FlexibleACTransmissionSystem 简称FACTS1986年EPRI专家N G Hingorani首次提出FACTS技术和先进的控制中心技术以及综合自动化技术一起被认为代表输电系统的新时代 4 6 1FACTS的概念 续 FACTS的出现 是现代电力系统的标志 是电力系统最重大的技术变革之一对FACTS的含义 范畴 定义 命名和分类的各种看法或建议相继出现CIGRE 国际大电网组织 及IEEE 电气及电子工程师学会 分别成立专门研究小组 5 6 1FACTS的概念 续 FACTS的基本内涵是 基于采用现代大功率电力电子技术构成的各种FACTS控制器 结合先进的控制理论和计算机信息处理技术等 实现对交流输电网运行参数和变量 如电压 相角 阻抗 潮流等 更加快速 连续和频繁的调节 即所谓柔性 或灵活 输电控制 进而达到提高输电系统运行效率 稳定性和可靠性的目的 6 6 1FACTS的概念 续 基石 大功率电力电子技术核心 FACTS控制器关键 对输电网参数和变量的柔性化控制通过适当的改造 还可以应用于配电和用电网络 以改善电能质量和提供用户定制电力 CustomPower 7 6 1FACTS的概念 续 简单说 FACTS是综合电力电子技术 微电子技术 通信技术和控制技术而形成的用于控制交流输电的新技术 定义一 FACTS是利用电力半导体构成的移向变压器 调压器以及串联补偿电容器等电力电子装置 通过改变线路阻抗和节点电压相角以实现对交流潮流的有力控制 1986年 Hingorani 8 6 1FACTS的概念 续 定义二 FACTS是可控硅构成的移相器 静止无功补偿器 动态制动电阻 可控串联补偿器 有载调压变压器 故障电流限制器等装置的总称 1988年 Hingorani 定义三 FACTS为包含除高压直流输电 HVDC 以外的所有应用在输电环节的电力电子装置的总和 1994年 Hingorani 9 6 1FACTS的概念 续 1996年IEEETF TaskForce 特别工作组 最新定义 所谓FACTS 即是装有电力电子型或其它静止型控制器以加强可控性和增大电力传输能力的交流输电系统 FACTS技术所关注的核心问题 潮流控制 改善稳定性以提高传输容量 10 6 2FACTS的产生背景 例 输电网的潮流控制节点A B接有发电机组 注入功率分别为680MW和600MW 节点3接入1280WM的负荷 线路A C A B和B C的电抗分别为60 60 和40 连续负载能力均为700WM 各节点电压均为额定值220kV 则系统的 自然 潮流分布如图所示 11 6 2FACTS的产生背景 续 增建新的传输线路节点A C之间增建一回线路 其参数与原线路相同 12 6 2FACTS的产生背景 续 串联阻抗补偿线路A C靠近节点A处加入容性串联补偿 Xc 4 2 对应补偿度为7 13 6 2FACTS的产生背景 续 采用移相器线路A C靠近节点A处加入移相器 14 6 2FACTS的产生背景 续 采用并联无功补偿沿线电压最低点进行补偿 15 6 2FACTS的产生背景 续 采用综合潮流控制器组合起来 形成综合解决方案 16 6 2FACTS的产生背景 续 传统的交流电力系统单一频率 规范化电压电气设备的裕度很大电网不可控 17 6 2FACTS的产生背景 续 输电网运行的需要 充分条件1 电力市场竞争促进了FACTS技术的产生在保证电网安全可靠的同时 提高输电效率 降低生产成本提高输电能力的要求实现潮流控制的要求 18 6 2FACTS的产生背景 续 交流输电网解决其矛盾的需要由于电压和稳定性限制 线路输送能力得不到充分利用系统结构越来越复杂 调控手段缺乏 安全运行管理困难因为资金短缺 环境限制或公众舆论的影响 建设新的输电线路日益困难 19 6 2FACTS的产生背景 续 来自HVDC的竞争压力 充分条件2 潮流可控性异步联网发展适用于HVAC输电的 更先进的控制手段 20 6 2FACTS的产生背景 续 新技术发展为FACTS实现提供了条件 必要条件1 现代电力电子技术现代控制理论计算机技术通讯技术 21 6 2FACTS的产生背景 续 已有FACTS技术产品的研制和运行经验的积累 必要条件2 静止无功补偿器 SVC 静止同步补偿器 STATCOM 次同步谐振阻尼器 22 6 3FACTS的技术特点 利用FACTS元件可以快速 平滑地调节系统参数 从而灵活 迅速地改变系统的潮流分布 FACTS元件具有快速可控的特点 对提高系统的暂态稳定性有十分显著的作用 23 6 3FACTS的技术特点 续 FACTS元件可以断续或连续地调节控制参数 可以用来调节系统的阻尼 抑制或消除振荡 改善系统的动态稳定性 电子开关理论上可以无限次操作而无机械磨损 因而提高了系统控制的灵活性和可靠性 24 6 3FACTS的技术特点 续 FACTS技术的显著特点是可以充分利用现有输电线路和设备 以增加FACTS元件的方法 在现有电力系统内逐步实施 这项崭新的输电技术对未来交流输电技术的发展和电网的建设 改造及运行将产生重大影响 25 6 4FACTS与HVDC的关系 相同之处 历史同样悠久 晶闸管控制的HVDC FACTS家族中最早的成员 SVC 共同的基础 大功率电力电子技术 使用的最终目标一致 提高电力系统的整体运行性能 26 6 4FACTS与HVDC的关系 续 差异之处1HVDC基于直流传输原理 交 直 交 控制这种功率交换来达到目的 FACTS基于交流输电原理 等效地 改变交流电网的参数 从而调节其功率传输来达到目的 27 6 4FACTS与HVDC的关系 续 差异之处2HVDC要求能控制较大的功率 依赖高耐压和大容量的晶闸管器件 FACTS是通过调节交流电网的参数而 间接 控制电网功率 四两拨千斤 容量要求低 可采用耐压和容量不及晶闸管的可关断器件 28 6 4FACTS与HVDC的关系 续 随着可关断器件耐压和容量的不断提升 HVDC和FACTS之间的界限正在逐渐模糊 有 交集 如 VSC HVDC 29 6 5FACTS控制器的分类 IEEETF提出的分类法并联型串联型串并联型其它 30 6 5FACTS控制器的分类 续 并联型相当于一个在连接点处向系统注入的电流源 通过改变该电流源输出电流的幅值和相位 即可改变其注入系统的无功甚至有功功率的大小 起到调节节点功率和电压的作用 进而达到间接调节电网潮流的目的 31 6 5FACTS控制器的分类 续 串联型所有的串联型FACTS控制器都产生一个与线路串联的电压源 通过调节该电压源的幅值和相位 即可改变其输出无功甚至有功功率的大小 起到直接改变线路等效参数 阻抗 的目的 32 6 5FACTS控制器的分类 续 串并联型将串联型和并联型FACTS控制器综合成一个整体 能更好地控制电网潮流 提高系统稳定性和进行电压调节 33 6 5FACTS控制器的分类 续 并联联接的FACTS控制器静止无功补偿器 SVC 可控硅控制的电抗器 TCR 可控硅投切的电抗器 TSR 可控硅投切的电容器 TSC 静止同步补偿器 STATCOM或SSC 静止无功发生器 SVG 静止调相机 STATCON 静止无功系统 SVS 34 6 5FACTS控制器的分类 续 并联联接的FACTS控制器 续 无功补偿系统 VCS 静止同步发电机 SSG 蓄电池蓄能系统 BESS 超导储能系统 SMES 可控硅控制的制动电阻器 TCBR 35 6 5FACTS控制器的分类 续 串联联接的FACTS控制器静止同步串联补偿器 SSSC 可控硅控制的串联电容器 TCSC 可控硅控制的串联补偿器 TCSCO