柔性交流输电系统的基本概念

1、柔性交流输电系统柔性交流输电系统课程的主要内容p柔性交流输电系统概述p电压型变流器p并联补偿与静止无功补偿器p静止同步补偿器p串联补偿器l1.11.1现代电力系统概述现代电力系统概述l1.2FACTS1.2FACTS的功能和定义的功能和定义l1.3FACTS1.3FACTS控制器分类与简介控制器分类与简介l1.4FACTS1.4FACTS发展应用发展应用第一章第一章 柔性交流输电系统的基本概念柔性交流输电系统的基本概念p 18751875年年 ，比利时工程师，比利时工程师格拉姆格拉姆将改造后的发电机安装在将改造后的发电机安装在法国巴黎北火车站发电厂，该厂是世界第一座火电厂法国巴黎北火车站发电厂

2、，该厂是世界第一座火电厂 ，专供弧光灯用电专供弧光灯用电一、电力系统发展概况一、电力系统发展概况1.1现代电力系统概况现代电力系统概况p 第一个完整电力系统由第一个完整电力系统由爱迪生爱迪生在纽约城历史上有名的皮埃在纽约城历史上有名的皮埃尔大街站建成。尔大街站建成。18821882年年9 9月投入运行，由月投入运行，由1 1台蒸汽机拖动直台蒸汽机拖动直流发电机经过流发电机经过110V110V地下电缆供给半径约地下电缆供给半径约1.5km1.5km面积内的面积内的5959盏盏白炽灯。白炽灯。直流电力系统：直流电力系统：发电机、电缆、熔发电机、电缆、熔丝、电表和负荷丝、电表和负荷一、电力系统发展概

3、况一、电力系统发展概况一、电力系统发展概况一、电力系统发展概况p初期采用直流，其无法远距离送电的局限性显露出来，输电初期采用直流，其无法远距离送电的局限性显露出来，输电要高电压，而发用机电压低，需要采用基于交流的变压输电技要高电压，而发用机电压低，需要采用基于交流的变压输电技术术p1919世纪世纪9090年代交直流标准之争，爱迪生主张直流，西屋偏好年代交直流标准之争，爱迪生主张直流，西屋偏好交流，激烈辩论交流，激烈辩论p18881888年，特斯拉获得了交流电动机、发电机、变压器和输电年，特斯拉获得了交流电动机、发电机、变压器和输电系统的若干专利系统的若干专利p18911891年，第一条年，第一

4、条三相交流高压输电线路三相交流高压输电线路在德国运行，从拉芬在德国运行，从拉芬镇到法兰克福全长镇到法兰克福全长178178公里，电压公里，电压15.2kV15.2kV，输送功率，输送功率200kW200kWp18891889年，北美洲第一条单相交流输电线路在俄勒冈年，北美洲第一条单相交流输电线路在俄勒冈州的威拉姆特瀑布和波特兰之间建成并投入运行，州的威拉姆特瀑布和波特兰之间建成并投入运行，输电电压为输电电压为4kV4kV，距离为，距离为21km21kmp到到19951995年世界上交流输电的最高电压已达了年世界上交流输电的最高电压已达了1150kV,1150kV,输送距离最长为输送距离最长为1

5、900km1900km，设计最大的单机容量为，设计最大的单机容量为1300MW1300MW，但多降压运行，但多降压运行p高压交流（高压交流（high voltage alternative current, high voltage alternative current, HVAC)HVAC)输电电压等级标准化，我国高电压等级为输电电压等级标准化，我国高电压等级为110kV110kV、220kV220kV和和330kV330kV，超高电压等级为，超高电压等级为500kV500kV和和750kV,750kV,特高压等级为特高压等级为1000kV1000kV一、电力系统发展概况一、电力系统发展概

6、况p 5050年代，随着半导体技术的发展，基于整流、逆变的远距离、年代，随着半导体技术的发展，基于整流、逆变的远距离、大容量直流输电技术（大容量直流输电技术（high voltage direct current, high voltage direct current, HVDCHVDC) )得到了广泛应用得到了广泛应用p 瑞典于瑞典于19541954年在该国内陆与哥德兰岛之间建造的年在该国内陆与哥德兰岛之间建造的10-20 MW10-20 MW直直流输电系统流输电系统p 19721972年前后，首个采用晶闸管的全固态商业化年前后，首个采用晶闸管的全固态商业化HVDCHVDC，伊尔河，伊尔河

7、背靠背（背靠背（back to backback to back）工程投入运营。）工程投入运营。p 现时全球输电距离最长的高压直流输电系统，是位于我国境现时全球输电距离最长的高压直流输电系统，是位于我国境内的向家坝水电站至上海之间的内的向家坝水电站至上海之间的800kV800kV，6400 MW6400 MW输电系统，输电系统，全长全长2,0712,071公里。公里。20092009年，瑞士年，瑞士ABBABB集团和西班牙集团和西班牙AbengoaAbengoa集集团合作，开始建设连接巴西西北部两座新水电站和圣保罗的团合作，开始建设连接巴西西北部两座新水电站和圣保罗的超过超过25002500公

8、里输电线路。该线路预计将在公里输电线路。该线路预计将在20122012年建成，建成年建成，建成后将成为世界最长的高压直流输电系统。后将成为世界最长的高压直流输电系统。 p 20042004年，年，5050年之际，全球年之际，全球HVDCHVDC工程工程9595项，总传输容量高达项，总传输容量高达70GW70GW，同时加快了对更高电压等级（，同时加快了对更高电压等级（1000kV1000kV，1200kV)1200kV)和轻和轻HVDCHVDC（HVDC lightHVDC light）的研究）的研究一、电力系统发展概况一、电力系统发展概况特高压交流特高压交流-直流直流输电输电p多种一次能源多种

9、一次能源 除传统火电、水电外，可再生能源发电技术日益完善，除传统火电、水电外，可再生能源发电技术日益完善，分布式发电系统在电网中所占比例逐渐上升分布式发电系统在电网中所占比例逐渐上升p机组容量增大机组容量增大 发电机组单机容量和大机组占总装机容量的比例不断发电机组单机容量和大机组占总装机容量的比例不断提高，提高，20042004年世界上最大火电机组和水电机组达到年世界上最大火电机组和水电机组达到1300MW1300MW和和700MW700MW，分别安装在美国的，分别安装在美国的CumberlandCumberland电厂和电厂和我国的三峡水电站我国的三峡水电站p高电压、远距离和大规模互联电网输

10、电高电压、远距离和大规模互联电网输电 如美加联合电网和西欧联合电网，我国形成了东北、如美加联合电网和西欧联合电网，我国形成了东北、华北、华中、华东和南方五大区电网的交直流互联华北、华中、华东和南方五大区电网的交直流互联二、现代电力系统的特点二、现代电力系统的特点p更加重视电能质量更加重视电能质量 精密加工工业、自动化生产线等对电能质量要求较高精密加工工业、自动化生产线等对电能质量要求较高p自动化水平大大提高自动化水平大大提高 能量管理系统（能量管理系统（energy management energy management system/supervisory control data acq

11、uisition, system/supervisory control data acquisition, EMS/SCADA)EMS/SCADA)，广域测量系统（，广域测量系统（wide-area measurment wide-area measurment system,WAMS),system,WAMS),区域稳定控制、管理信息系统区域稳定控制、管理信息系统（management information systemmanagement information system，MISMIS）等）等p 电力工业逐步引入市场化机制电力工业逐步引入市场化机制 我国十五期间的我国十五期间的“厂

12、网分开，竞价上网厂网分开，竞价上网”p 大停电事故对社会的影响日益增大大停电事故对社会的影响日益增大 二、现代电力系统的特点二、现代电力系统的特点二、现代电力系统的特点二、现代电力系统的特点p北通道北通道p中通道中通道p南通道南通道西电东送三、提高传输容量？三、提高传输容量？ 电网的传输容量是指电网在一系列的约束条件下电网的传输容量是指电网在一系列的约束条件下能够传输功率的能力。能够传输功率的能力。n热稳定极限热稳定极限 设备上限温升对应的传输功率设备上限温升对应的传输功率n设备绝缘极限设备绝缘极限 设备的允许工作电压通常不超过额定值的设备的允许工作电压通常不超过额定值的10%10%n理想线路

13、的极限传输功率理想线路的极限传输功率 理想线路能流过的最大功率，静态稳定极限功率理想线路能流过的最大功率，静态稳定极限功率电力系统稳定性限制电力系统稳定性限制表现形式：表现形式：n 电压稳定电压稳定n 功角稳定功角稳定n 频率稳定频率稳定数学定义：数学定义：n 小扰动电压稳定小扰动电压稳定n 大扰动电压稳定大扰动电压稳定时间上分：时间上分：n 短期稳定短期稳定n 中长期稳定中长期稳定三、提高传输容量？三、提高传输容量？n 电力系统稳定性限制决定的传输电力系统稳定性限制决定的传输容量极限小于其他因素容量极限小于其他因素n 电力系统稳定性的本质是功率平电力系统稳定性的本质是功率平衡，需要通过快速的

14、潮流调节来衡，需要通过快速的潮流调节来提高系统稳定性提高系统稳定性n 传统慢动态或者不能动态、连续传统慢动态或者不能动态、连续调节的手段在提高稳定性方面的调节的手段在提高稳定性方面的作用非常有限，如固定串联电容作用非常有限，如固定串联电容器、机械式投切并联电容器、调器、机械式投切并联电容器、调整移相器或变压器抽头整移相器或变压器抽头最大功率振荡幅度达最大功率振荡幅度达500MW（湖南五岗线）（湖南五岗线）,波及湖南、湖北、波及湖南、湖北、河南河南3省电网，是目前华中电网省电网，是目前华中电网WAMS监测到的覆盖面积最大监测到的覆盖面积最大的区域低频振荡，振荡频率为的区域低频振荡，振荡频率为0.

15、41Hz。2008年年1月月21日日l FACTS 建立在电力电子或其它静止建立在电力电子或其它静止型控制器基础之上的、能提型控制器基础之上的、能提高可控性和增大电力传输能高可控性和增大电力传输能力的交流输电系统。力的交流输电系统。 定义定义1986年，美国电力系统专家年，美国电力系统专家N.G.Hingorani博士提出博士提出一、一、FACTSFACTS设备的功能和定义设备的功能和定义lIEEE PES Task Force of the FACTS Working Group1.2FACTS的功能和定义的功能和定义l FACTS代表一种灵活性更好的交流输电系统，有代表一种灵活性更好的交流

16、输电系统，有别于以往的交流输电系统；别于以往的交流输电系统；l FACTS结构基础是电力电子器件与其它结构基础是电力电子器件与其它( (如电容如电容器、电抗器之类器、电抗器之类) )无源元件的组合；无源元件的组合；l FACTS的目的是要提高输电系统的可控性、保证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。电能质量，并能增强系统传输能力。 一、一、FACTSFACTS设备的功能和定义设备的功能和定义输电网：输电网：l 较大范围地控制潮流使之按指定路径流动较大范围地控制潮流使之按指定路径流动 。l 保证输电线的负荷可以接近热稳定极限，但不会保证输电线的负荷可以接近热稳定极

17、限，但不会出现过负荷出现过负荷 。l 在控制的区域内可以传输更多的功率，因而能减在控制的区域内可以传输更多的功率，因而能减少发电机的热备用少发电机的热备用 。l 在系统短路和设备故障情况下，能够防止出现线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路连锁跳闸的“骨牌效应骨牌效应” 。l 阻尼可能会损坏设备或限制输电容量的各种电力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系统振荡 一、一、FACTSFACTS设备的功能和定义设备的功能和定义配电领域：配电领域：l 有效解决电能质量问题有效解决电能质量问题一、一、FACTSFACTS设备的功能和定义设备的功能和定义设备名电压跌落造

18、成的影响制冷电子控制器电压低于80%时，控制器动作将制冷机切除，产生巨大损失可编程控制器电压低于81%时，某些新型的PLC将停止工作精密机械工具精细作业的电机，电压低于90%，持续时间超过3个周波，电机会跳闸直流电机电压低于80%，直流电机跳闸影响对象谐波造成的影响电压波峰电压波形峰值处变平，依赖电压峰值工作的设备实效中线电流中性点电流增大，中性点对地电压升高，负荷电压下降供电变压器涡流损耗增加，降低变压器使用容量功率因数功率因数降低，增大供电变压器容量一、一、FACTSFACTS设备的功能和定义设备的功能和定义010203040功率容量功率容量MVA1990198019702000年年（）晶

19、片直径（英寸）（）晶片直径（英寸）晶闸管晶闸管2.5KV1KA(2)4KV1.5KA(3.5)12KV1KA(4)8KV4KA(6)GTO4.5KV2KA(2.5)4.5KV3KA(3)4.5KV4KA(3.5)6KV6KA(6)GCT4.5KV3KA(3.5)4.5KV4KA(4)6KV4KA(4)HVIGBT4.5KV0.9KA晶闸管晶闸管双向双向晶闸管晶闸管MOSFETGCTGTOIGBT(Discrete)IGBT MolduleIPM器件额定容量器件额定容量10k100M10M1M1k100k1001010工作频率工作频率(HZ)1M10k100k1k100电力电子器件正朝着容量越来

20、越大、频率越来越高的方向发展。电力电子器件正朝着容量越来越大、频率越来越高的方向发展。二、交流输电系统中的潮流控制二、交流输电系统中的潮流控制220 0601280MW700MW60715.2MW40ABC600MW115.2MW546.8MW700MW220 44.44220 36.23220 060/21280MW680MW60570.8MW40ABC600MW29.2MW709.2MW220 26.08220 28.14l增建新的电路，交流电路或者HVDCp串联阻抗补偿 串联无功电压补偿220 0601280MW680MW60697.7MW40ABC600MW97.7MW582.3MW2

21、20 42.17220 35.21-4.2220 0601280MW680MW60697.2MW40ABC600MW97.2MW582.8MW220 46.26220 39.334lB-C上采用感性串联补偿lA-C上采用容性串联补偿二、交流输电系统中的潮流控制二、交流输电系统中的潮流控制220 42.17220 21.13601280MW680MW60697.7MW40ABC600MW97.7MW582.3MW220 35.214l在A-C线路上采用移相器220 0601280MW680MW60698.4MW40ABC600MW98.4MW581.6MW220 42.26220 35.2540

22、l在A-C线路中点处采用并联无功补偿二、交流输电系统中的潮流控制二、交流输电系统中的潮流控制4.04601280MW680MW60695.2MW40ABC600MW95.2MW548.8MW40二、交流输电系统中的潮流控制二、交流输电系统中的潮流控制方法控制参数技术经济性建设HVDC/HVAC线路线路等效阻抗投资达、建设周期春能够，受输电走廊的限制，运行和控制简单，可靠性最高采用串联阻抗补偿器线路等效阻抗投资小、运行和控制相对复杂采用移相器相角差采用并联补偿器节点电压采用综合型潮流控制器多个参数l采用综合潮流控制的方法lIPFCU2d d2U1d d1D DULI=UL/x 相位滞后相位滞后U

23、L90 I12U1d d1U2d d2P&QIx12ddd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d d也很小。也很小。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U1处有功电流：处有功电流： Ip1=(U2sind d)/xU1处无功电流：处无功电流： Iq1 =(U1-U2cosd d)/xU1处有功功率：处有功功率： P1=U1(U2sind d)/xU1处无功功率：处无功功率： Q1=U1(U1-U2cosd d)/xU1U2U1sind dU1cosd dU2sind dd dIq

24、1=(U1-U2cosd d)/x(U1-U2cosd)d)U2cosd dIp1=U2sind d/xIf f1 1f f1 1U2sind d =Ixcosf f1=Ip1xU1-U2cosd d =Ixsinf f1 1 Iq1x 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Pmax18090PowerP= sind dU1U2X0d dIU2U1U1-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 控制线路阻抗控

25、制线路阻抗X可有效控制线路的电流，可有效控制线路的电流，它是控制潮流最有效的它是控制潮流最有效的方法。方法。n 当传输角当传输角d d（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d d 可有效控制可有效控制有功功率。有功功率。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，SSSC

26、SSSC）。）。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应用技术在输电网中的潮流控制中的应用1.3FACTS控制器的分类与简介控制器的分类与简介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

27、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，也可以是一个由电力电子器件组器，电抗器等，也可以是一个由电力电子器件组成的可变阻抗。成的可变阻抗。l GCSC（GTO thyristor controlled capacitorGTO thyristor controlled capacitor）GTOGTO控控制串联电容器制串联电容器lTSSCTSSC（thyristor switched series capacitor,)thyristor switched series capacitor,)晶闸管晶闸管投切串联电容器投切串联电容器lTCSCTCSC

28、（thyristor controlled series capacitor,)thyristor controlled series capacitor,)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，

29、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。n SSSC(static synchronous series compensatorSSSC(static synchronous series compensator）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。流源，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

30、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（ thyristor controlled reactor)thyristor controlled reactor)晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器lTSR(thyristor switched reactor),TSR(thyristor switched reactor),晶闸管投切电抗器晶闸管投切电抗器lTSCTSC（thyris

31、tor switched capacitor)thyristor switched capacitor)，晶闸管投切电容器，晶闸管投切电容器lSTATCOMSTATCOM（static synchronous compensator)static synchronous compensator)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（unified pow

32、er flow unified power flow controllercontroller），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。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

33、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（interline power flow controllerinterline power flow controller）, ,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 晶闸管控制、投切型（晶闸管控制、投切型（thyristor controlled or sw

34、itched thyristor controlled or switched type)type) 基于变换器型（基于变换器型（converter-based typeconverter-based type），可控型器件（开），可控型器件（开通或者关断）通或者关断）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l电流源电流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-based type）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FACTSFA

35、CTS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电压型或者电流型电压型或者电流型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。lAPFAPF有源滤波器有源滤波器+ +- -基于变换器型（基于变换器型（converter-based type）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

36、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-based type）蓄电池组柜正面蓄电池组柜正面超级电容器组柜正面超级电容器组柜正面30kVA30kVA储能用储能用PCSPCS基于变换器型（基于变换器型（converter-based type）30kVA电池储能用电池储能用PCS基于变换器型（基于变换器型（converter-based type）30kVA电池储能用电池储能用PCS静

37、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

38、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。管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(Static var generator/absorber SVG)(Static var generat

39、or/absorber SVG) 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（static var system, SVS)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

40、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

41、. .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-based type）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-based type）晶闸管控制

42、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，

43、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。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组成的控制器，由两个或多个静止同步串联补偿器组成的控制器，它们的直流侧互联在一起，以

44、利于每条线路的有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功功率在不同SSSC的交流端子之间双向流动，各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。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

45、器的线间潮流控制器每个变流器可以从各自控制的输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功率，因而可以用轻载线路传送过负荷线路的有功功率过负荷线路的有功功率。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

46、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) 电压控制、无功补偿、阻尼振荡、电压控制、无功补偿、阻尼振荡、电压稳定性电压稳定性 静止同步补偿器静止同步补偿器(STATCO

47、M有储能电源有储能电源 BESS、SMES、大容量电容器大容量电容器) 电压控制、无功补偿、阻尼振荡、电压控制、无功补偿、阻尼振荡、暂态、动态稳定性、电压稳定性、暂态、动态稳定性、电压稳定性、自动增益控制自动增益控制 电压控制、无功补偿、阻尼振荡、电压控制、无功补偿、阻尼振荡、电压稳定性、暂态和动态稳定性电压稳定性、暂态和动态稳定性 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） 电流

48、控制、阻尼振荡、暂态和动态稳电流控制、阻尼振荡、暂态和动态稳定性、电压稳定性、故障电流限制定性、电压稳定性、故障电流限制 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） 电流控制、阻尼振荡、暂态和动电流控制、阻尼振荡、暂态和动态稳定性、电压稳定性态稳定性、电压稳定性 电流控制、阻尼振荡、暂态和动态稳电流控制、阻尼振荡、暂态和动态稳定性、电压稳定性、故障电流限制定性、电压稳定性、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） 电流控制、阻尼振荡、暂态和动态稳电流控制、阻尼振荡、暂态和动态稳定性、电压稳定性、故障电流限制定性、电压稳定性

49、、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晶闸管控制的移相变压晶闸管控制的移相变压器器(TCPST 或或 TCPR) 有功功率控制、阻尼振荡、暂态有功功率控制、阻尼振荡、暂态和动态稳定性、电压稳定性和动态稳定性、电压稳定性 9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、电压控制、有功和无功功率控制器、电压控制、无功补偿、阻尼振荡、暂态和动态稳无功补偿、阻尼振荡、暂态和动态稳定性、电压稳定性、故障电流限制定性、电压稳定性、故障电流限制 暂态和动态电压限制暂态和动态电压限制 晶闸管控制的电压限晶闸管控制的电压限制器制器(TCV

50、L) 无功功率控制、电压控制、阻尼振荡、无功功率控制、电压控制、阻尼振荡、暂态和动态稳定性、电压稳定性暂态和动态稳定性、电压稳定性 晶闸管控制的电压调晶闸管控制的电压调节器节器(TCVR) 101112线间潮流控制器线间潮流控制器(IPFC) 无功功率控制、电压控制、阻尼振荡、无功功率控制、电压控制、阻尼振荡、暂态和动态稳定性、电压稳定性暂态和动态稳定性、电压稳定性 13APF(Active power filter)有源电力滤波器五、五、DFACTSDFACTS设备设备DVR(Dynamic voltage regulator)动态电压调节器1.4 FACTS的发展应用的发展应用4 FACT

51、S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年第一个基年第一个基于晶闸管的电压型于晶闸管的电压型STATCOM在日本诞生，容量为在日本诞生，容量为20MVA。1991年，第年，第1个个基于基于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

52、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。4 1995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

53、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 1991 80MVA SVG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 1992 50MVA 美国田纳西州沙利文电站美国田纳西州沙利文电站 1995 100MVA 美国肯塔基州艾内兹电站美国肯塔基州艾内兹电站 1997 160MVA 英国白金汉郡克莱登电站英国白金汉郡克莱登电站 1997 75MVA 丹麦瑞赖斯比丹麦瑞赖斯比/海德海德(

54、配电配电) 1998 8MVA 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 1991

55、 345kV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，267MVA TCSC 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，50MVA UPFC 1998SSSC 138kV, 160MVA; STATCOM 160MVA; GTO 6kV/4kA 美国肯塔基州电力美国肯塔基

56、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，80MVA澳大利亚黑墙电站澳大利亚黑墙电站 约约1999 300MVA SVC或或RSVC 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 200MVA STATCOM，200MVA SSSC100MVA STATCOM, 100MVA SSSC两个两个100MVA逆变器逆变器两个两个100MVA IPFC运行运行 CSC 美国纽约马西山美国纽约马西山电站电站 2003澳大利亚布雷马电站澳大利亚布雷马电站 约约1999 230MVA 美国纽约奥克美国纽约奥克代尔电站代尔电站 2001 200MVA

57、STATCOM，135MVA电容器组电容器组 ，用于，用于抑制西雅图钢铁公司的电压闪变。抑制西雅图钢铁公司的电压闪变。我国我国FACTS装置的发展和应用情况装置的发展和应用情况n1994年，由河南省电力局和清华大学共同研制了年，由河南省电力局和清华大学共同研制了20Mvar的的STATCOM，1999年在河南洛阳的朝阳变电站并网成功，年在河南洛阳的朝阳变电站并网成功，是中国是中国FACTS研究领域的一个重要的研究领域的一个重要的里程碑里程碑。n上海电网黄渡分区西郊站上海电网黄渡分区西郊站50Mvar的的STATCOM示范工程示范工程，该，该STATCOM是一是一套拥有完全自主知识产权的国产化装置，于套拥有完全自主知识产权的国产化装置，于2006年投入运行标志着年投入运行标志着FACTS技技术在国内的应用进入了一个新的阶段。术在国内的应用进入了一个新的阶段。n由中国电力科学研究院和甘肃省电力公司合作开发的由中国电力科学研究院和甘肃省电力公司合作开发的220kV甘肃成碧输电线甘肃成碧输电线路路TCSC示范工程，于示范工程，于2004年投入运行，标志着我国是世界上