机床数控原理与电气装调-7

任务一柔性输电技术介绍7.1.1概述柔性交流输电系统(FlexibleACTransmissionSysletns,FACTS)技术是电力电子技术在电力系统中应用的一个重要方面，它已在电能的生产、传输和分配的各个环节得到了应用，是电力系统发展的一个重要里程碑。大量的电力电子器件不仅提供了高速、可靠和先进的开关技术，更为重要的是，借助于这些基于电力电子器件且具有革新概念的电力产品所提供的大量机会，电能的生产、传输和使用的质量得到了有力的提高。在电力系统发展的初期，系统结构比较简单，一般只能满足局部地区的需要，也不存在利用传输线与邻近电力系统发生有功功率的能量交换。下一页返回任务一柔性输电技术介绍因此，交流输电网络很难及时处理电力系统的快速变化，在解决动态稳定性问题时，一般都要增加稳定裕量，这样可保证在出现误操作时或故障后，系统能自动恢复到稳态。随着电力系统的发展，电力系统的负荷能力和安全运行能力已经得到了极大的提高。从以上定义中可以看出，可列入FACTS控制器家族的装置应该是很多的，特别是定义中的“其他静止”还将包括更多电力电子器件在电力系统中应用的内容。事实上也可理解为，凡是利用电力电子器件或其他静止控制器使电力系统的电能质量和输送能力得到提高的装置，都可称为FACTS装置。因此，可以认为FACTS是包含了下列三层含义的新型输电系统。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍(1)FACTS代表的是一种交流输电系统，不过它的灵活性更好，有别于以往的交流输电系统(2)FACTS结构基础是电力电子器件与其他(如电容器、电抗器等)无源元件的组合。(3)FACTS的目的就是要提高输电系统的可控性，保证电能质量，并能增强系统电传输能力。7.1.2电能质量的基本概念“电能质量”这个术语究竟具有什么样的含义，事实上到今天为止，不同的学者或是不同的标准制定组织都有不同的定义。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍在IEEE的范围内，IEEESid1100给出了明确的定义，从字面上解释就是，“电能质量就是电源敏感设备在合适的运行条件下运行的概念”。但是国际电工委员会(IEC)在它的任何标准文献中，从未使用“电能质量”这个术语，而是使用“电磁兼容”这个术语。它的定义(IEC61000一1一1)直译过来就是:“电磁兼容就是一个设备或是一个系统在它的电磁环境中能够满意工作的能力，同时它不会对该环境中的任何其他设备造成难以容忍的电磁干扰”。电力系统发展到今天已变得越来越复杂，交互作用也越来越强。电能质量控制的发展，特别是现代电能质量的发展与电力电子技术的发展是紧密相连的。电能质量的基本内容主要包含电压幅值、系统频率、有功和无功的调节、输送容量和功率因数的提高、谐波抑制等。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍传统的电能质量控制设备一般都是由无源元件或是带有旋转部分的装置所组成，当然电能质量的控制也有很多是通过调节发电机组的运行状态来实现的。FACTS装置所起到的作用大小，除了与控制技术有关外，在很大程度上还取决于电力电子器件的容量大小。图7一1给出了有代表性的开关器件的发展概况和频率一容量的关系。由图7一1(a)可以看出，晶片直径由20世纪70年代的2英寸1(50.8mm)到2000年的6英寸(152.4mm，对应的(}T()容量由20世纪80年初期的6MVA发展到2000年的36MVA，在相同时间段内，晶闸管由6MVA发展到32MVA,IGBT则已经出现r4.5kV/0.9kA的高压模块。由图7一1(b)可以看出，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。所有这些都表明，正是由于有了电力电子技术的迅猛发展，才使FACTS技术得以进步上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍7.1.3输电线路的互连世界上几乎所有的供电系统都是相互连接的，它除了与本地电网相连外，还延伸到地区级供电系统，进而与国家电网，甚至与国际上的输电网相连这种电网互连系统最直接的经济效益是可降低电力输送的成本。而从供电质量上看，它能有效提高电力供应的可靠性。1.愉电线路互连的重要性社会和经济的发展推动了电力工业的不断扩大和进步。进人21世纪以来，世界各国的人均用电量正在不断攀升，电能的有效、合理的分配和利用已成为各国能源政策的焦点。从经济的角度看，电能输送需要输电线路的相互连接，因为它除了能输送电能之外，输电互连网络的目的是共享发电厂和负荷中心，它能将总发电量和燃料的成本降到最低。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍输电线路相互连接有利于充分利用多元化负荷，有效利用中力资源，并使发中了的燃料成本能以最低价格安全、可靠地提供给用户。如果输电系统是由各地区的各个发电厂呈辐射方式向用户提供电能的，各网之间没有相互连接，则在这种网络格局下，要保证供电的可靠性就要新建许多发电厂，以满足这些重要用户的需求，因而用户所承受的电费也会很高。另外，随着电力传输的发展，电力系统的运行已变得更加复杂，系统在大故障后稳定运行的可靠性显著降低，导致大量电能不能得到适当控制。过多的无功功率充斥着系统的不同部分，系统不同部分的动态波动会相互影响，传输瓶颈等，所有这些都将导致不能充分发挥输电系统相互连接的潜力。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍2.FACTS的机遇电力工业的不断进步，超高压、大容量、远距离输电已成为现代电力系统的重要标志。如像三峡这样的大型电站的不断兴建，而且在今后几年内，我国将在金沙江兴建相当于两个三峡电站这样的大型梯级电站，这无疑使电网之间的关联性和复杂性变得越来越大，其控制所考虑的因素也越来越多。系统中有时包含数千条母线和数百台发电机，所以在保持系统稳定性和安全性的前提下，有必要改善电能利用率。电力发展的不平衡主要体现在以下几个方面。(1)由于发电资源分布不均匀，导致发电中心与负荷中心不一致，许多用户越来越远离发电厂，因此，需要高电压长距离输送大量的电能上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍(2)随着国民经济的不断发展，电力负荷也持续增加，实际的年负荷、月负荷及日负荷的需求量也不断增加，输电能力不足的矛盾日益突出，因此，必须提高输电线路的输送能力。重负荷时，输电线路有时会出现过负荷现象，线损和线路压降也不断增加，但又远远达不到输电线路的热稳定极限，在线路容量不变的情况下，线路无法送出满足用户需要的电力;而在某些轻负荷情况下，如城市电力电缆，由于线路长的电容效应，造成输电线路末端电压升高，线路无法正常运行，严重时危及线路末端及末端下一电压等级的电力设备。(3)输电线路不能得到充分利用，引起输电成本的提高，造成一定的经济损失。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍

早期的电力系统开关基本上是机械控制的，而现在普遍使用的是微电子、计算机和高速通信技术，并通过这些高新技术对现代电力输电系统进行控制和维护。但是当操作信号送到负荷终端对电能进行控制时，如果配电装置是机械设备，它就不可能产生快速的控制效果，因而会降低这些高新技术的有效性。另一个问题是，与静止控制设备相比，机械设备会很快产生疲劳和磨损，它也不允许频繁动作。因此，无论是从动态还是从稳态运行的角度来看，这样的系统实际上就是处于无控制状态。当然，即使是针对这样的组合系统，电力工程的设计者、操作人员和工程师们通过长期的实践已掌握了用各种独特精湛的技术来处理这些问题，并维持系统的稳定运行。但这种电网的运行利润已处于边缘状态，其系统冗余也不富裕，因此这种系统作为一种资本运作只能谨慎地加以利用，但它毕竟存在一定的风险。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍正是在这样的背景条件下，必要而基本的FACTS技术才能得以有效的发展。从电能质量的控制来讲，除了传统的发电机控制外，本帝主要阐述FACTS的控制技术电气工程师最感兴趣的是:FACTS技术能够为现有的电能控制开辟一个新的途径，它能使现有设备的容量得到有效利用。这种技术对拟新建的，以及待升级的输电系统设计都会带来新的考虑。出于成本核算的需要，多数电力公司在控制成本的同时，总是最大限度地增大现有线路的潜力，有的则采用较大线径的输电导线。但使用FACTS控制器时，只要设定一个合适的额定功率，同样能保证在正常和偶发故障状态下的运行。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍

正是由于FACTS控制器的灵活控制功能，才有可能控制输电系统运行中相互关联的参数，其中包括串联阻抗、并联阻抗、电流、电压、相位角和在额定工作频率以下的各种频率的阻尼振荡。在不降低可用传输容量的前提下，如果通过机械方式来维持系统可靠性，可能会遇到不可逾越的障碍，有些障碍甚至还无法克服。但改用了FACTS控制器后，就能够使输电线路上输送的功率接近线路的热容量设定值，并能用快速响应的电力电子器件取代机械开关。必须强调，FACTS是一种功能性的技术手段，并非是一对一地替代机械开关，它也不是单一的大功率控制器，而是多个控制器的集合体，可以将它们分开应用，或协同其他控制器来控制一个或多个上述提及的相关系统参数。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍只要FACTS控制器设计得比较合理，它就可以用来克服指定输电线路或通道的特殊限制。由于各种不同的FACTS控制器都具有相似的基本单元，它们所具有的先进性以及用它们所形成的产品，最终会在技术市场上占据优势。就像晶体管是各种微电子芯片和电路的基本单元一样，晶闸管或大功率晶体管已成为各种大功率电子控制器的基本核心。7.1.4交流输电系统中的潮流目前，许多输电设施都会面临一个或多个限制电网运行的参数，这些设施也没有能力随意改变电力系统的潮流分布。在交流系统中若存在一定的电能储备，无论储能多少，在任何时候它都会使系统产生的电能与负荷消耗的电能处于平衡状态。从某种程度上讲，这是因为电力系统具有自身调节的能力。如果发电量小于负荷消耗的电量，系统的电压和频率就会下降，接着负荷就会相应减少，直到它所消耗的电能等于系统的发电量减去输电线路损耗为止。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍但这种自身调节系统的稳定裕量只有百分之几。例如，电压由于无功功率的支撑得到了提高，那么负荷也随之增大。若此时的输入功率保持不变，则频率就会下降，最后将导致系统崩溃。换句话说，如果系统中的无功功率不是很合适，系统将会出现电压崩溃的危险。当电网中有适当的电能可利用时，有功功率潮流就会从富余区向电能匾乏区域流动。流动的路径可以有多种不同的并行通道，它可以是超高压线路或中压线路。在这方面，通常总是以美国东北地区从加拿大的安大略水电站购买大量电能为例来说明这个问题。该线路为PJM系统的长距离输电线路，它的特点是输电容量大，线路所呈现的阻抗低，因而具有很高的输送效率。事实上，任何输电系统中都存在一些重要回路和众多次要回路的潮流，还有一些不均匀潮流。一般在长距离的输电线路上总会分布着许多负荷群和发电机组，本节将根据电力系统分析的基本原理，对这些潮流的控制进行一般性的说明。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍1.并行线路中的潮流为方便起见，现以一个非常简单的例子来说明潮流的分布。在图7一2(a)中，假设图(a)左边的发电机为电能富余区，它的电能通过两条并行线路(也可能是几条输电通道)向图(a)右边的电能匾乏区流动。在没有任何控制的前提下，潮流分布可根据输电线路阻抗的倒数来确定。若不考虑该段输电线路业主与用户之间的合约条款因素，就可能使低阻抗线路过负荷。即使高阻抗的线路并没有达到额定负荷，也同样要对这段并行线路的负荷进行限制。通过提高过负荷线路的电流容量来解决这个问题显然不太合适，因为这样做的结果将是进一步减少该条线路的阻抗，即使高阻抗线路具有很高的输送容量，但它始终达不到它的额定容量。而且从经济上考虑，这样做的成本也很高。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍

图7一2(b)同样是两条并行线路，但其中一条为高压直流输电(HVDC)。由于HVDC支路的潮流大小是由调度员控制的，其操作命令可直接作用于电力电子变流器，使潮流能够按调度员的要求输送规定的电能。正是因为HVDC的潮流可通过电气的方式得到控制，所以只要变流器的容量足够大，就可使HVDC线路工作在热容量极限附近。此外，由于HVDC的高速控制性能，也有助于维持与之并行的交流线路的稳定。但HVDC对于一般的用户而言比较昂贵，所以一般只有在长距离输电时才可考虑使用HVDC。我国现已有多条HVDC系统，其输电距离一般在500km以上，且都是通过调度员进行调度。HVDC主要是电能的送、受端两个变流站的成本较高，如果输送距离太短的话，就没有什么经济效益了，这也是它的应用受到局限的一个很重要的原因。随着电力电子技术的发展和变流站设备成本的降低，HVDC的推广普及仍会有很大的空间。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍

作为并行线路潮流控制的另外一些FACTS控制器的形式见图7一2(o)和(d)。其中图7-2(o)表示其中一条支路安装了变阻抗潮流控制器，而图7-2(d)的其中一条支路安装了移相控制器。通过控制阻抗大小或相位角偏移，以及通过串联方式注入适当的电压(图中未标示)，FACTS控制器就能根据需要控制线路的潮流。事实上，当希望该段线路能够输送更多的电能时，考虑到并行线路也存在一定的损耗，最大额定潮流可限制在意外故障电流以下。2.网孔潮流为了进一步理解自由潮流的概念，下面以一个非常简单的例子来说明这个问题。图7-3表明，两个不同地点的发电机通过由三条传输线路构成的网孔向一个负荷中心供电。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍设输电线AB,BC和A('段的额定输送容量分别为1000MW,1250MW和2000M1W，线路阻抗为纯感性，同时假设每条线路在故障情况下的额定容量为上述数值的2倍。因此，当这些线路中任何一条出现断线时，系统就有足够的时间重新进行潮流规划。如果其中一台发电机输出2000MlW的功率，另一台输出1000MW,那么输送到负荷中心总的有功功率就是3000MlW。如图7一3(a)，在给定的线路阻抗值下，三条线路输送的容量分别为600MW,1600MW和1400MlW。此时，相对于B('段的额定容量(1250MW)来讲，就出现了过负荷。因此，为了使B('输电线路不出现过负荷，同时又保证负荷中心的用电不会受到损害，应该减少B处发电机的发电功率，同时增加A处发电机的输出功率。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍由此可以看出，潮流分布是由输电线路的串联阻抗决定的，而且这种阻抗性质的90%为感性，它与线路的管理辖区、合约条款，以及线路的发热极限或输送损耗没有关系。与并行输电线路的情况相同，在没有任何控制的条件下，潮流是按自然规律进行分配的。如图7-3(b)，如果在ac线路上装具有5Ω相同频率的电容器，则线路电抗就由10Ω减小到5Ω，此时通过AB,BC和AC线路的潮流分别变为250MW,1250MW和1750MW}显而易见，如果串联电容器可调，就可根据管理人员的要求、合同条款、线路发热容量极限或输送损耗等情况进行潮流控制，并能在很大范围内对负荷大小及发电多少进行规划。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍尽管这种可调电容可能是用电力电子器件或机械开关进行投切的，但投切次数应根据电力电子器件的理论计算值或机械开关的磨损极限规定进行严格的计算，同时还应综合考虑在给定负荷、发电计划、线路故障等条件下对线路负荷变化所造成的影响。如果串联电容器是机械开关控制的，可能会产生一些副作用，如诱发次同步谐振等。对于50Hz的交流电来讲，典型的次同步频率一般在10~40Hz之间出现。如果在同一网孔的aB线路中增加7n的可控串联电感性，如图7一3,运用上述相似的分析方法，也可得到同样的分析结果。此外，部分机械开关控制和部分晶闸管控制的可控串联电感，能够用来调节稳态潮流，同时也可阻止不希望出现的振荡。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍

在进行功率潮流平衡时，上面所分析的各种情况只需一个FACTS控制器就可以实现了。因为在实际情况下，不同线路的控制可选择不同的控制器。从综合效益来讲，如果电网只有一个业主，那么只需考虑电网的整体经济效益就可做出决定;反之，如果电网涉及多个业主，那么就有必要根据投资多少和所有权等因素制定一个决策机制。7.1.5限制负荷容量的因素如果不存在所有权的争议问题，为最大限度地利用输电资源，那么在考虑故障的前提下，如何使负荷容量达到最大?什么会限制负荷容量?怎样解决?这些都是在FACTS技术应用中应考虑的问题，本节将围绕这些问题进行简单的阐述上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍1.热容量架空线的热容量与周围环境温度、风力、导线的电导率和地面清洁状况等有关。周围环境以及负荷历史等一两个因素的改变，都会使热容量发生变化。之所以考虑负荷历史，主要是因为它会对线路老化产生重要的影响。线路负荷的额定等级通常是根据比较保守的计算方法来确定的，它以最恶劣的周围环境所得到的统计数据作为基础。在计划和设计阶段，已假设了各种可能的变化因素。在此基础上，线路正常负荷的额定值通常是根据各种损耗的估算值来确定的，当在实时评价额外负荷容量时，应该考虑额外功率损耗。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍

增加线路的输送容量也可以通过提高线路的电流等级来实现，但它要涉及结构等级的提高。另一种提高输送容量的方法是将单回线改成双回线。在完成了大电流容量的线路结构改造后，接着就要解决如何使用的问题。首先面对的问题是:额外的功率潮流实际上是如何流动的?应该怎样控制它?当负荷突然切除时，电压条件是否能接受?当然，还会遇到其他一些问题FACTS技术有助于有效地使用这一新获得的容量，并解决相应的问题。2.电介质上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍

从绝缘的角度来看，许多线路的设计也是非常保守的。对于给定的额定标称电压而言，在实际运行时经常可能提高10%左右。如对于500kV的系统，实际系统可工作在550kV，即工作范围为500}550kV，甚至更高。问题的关键是要能确保动态和瞬态过电压在允许的范围之内。一般在变电站都装设有现代无间隙避雷器，或内设无间隙避雷器的线路绝缘体，也有的配备大功率晶闸管控制的过电压抑制器等，这些都能显著增加线路容量，并防止电(站)的电压冲击。FACTS技术可以确保将过电压控制在可接受的范围内，并得到合适的潮流分布。3.稳定性传输容量也会影响到系统的稳定性，电力系统的稳定性主要包括暂态稳定性、动态稳定性、稳态稳定性、频率崩溃、电压崩溃和次同步谐振。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍7.1.6输电网络互连的潮流和动态稳定图7一4(a)所示为一个简单的电力输电系统，图中的位置1和2可以是连接到同一输电线路上的任何两个相邻的变电站。变电站中可以有负荷和发电机，也可以是系统互连的节点。为简单起见，假设这两个节点为刚性母线，母线电压幅值分别为E1和E2，两电压之间的相位差为δ假设线路分布阻抗为纯电感，其值为X，线路的电阻和电容可忽略不计在图7-4(c)的相量图中，线路压降是线路两端电压U1，和U2的相量差UL，对应的线电流幅值为:上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍

上面这个非常简单的例子所表达的设计思路，仅仅是串联FACTS控制器额定值选择的一个方面，它可能只是线路额定输送容量设计值的很小一部分。图7一4(b)为线路电流滞后补偿电压相量90。的相量图。如果两个母线电压之间的相位差很小，则线路的电流主要表现为有功功率分量。线路阻抗的增加或减少对有功潮流会有很大影响。实际上，对阻抗的控制也就是对线路电流的控制，它是控制潮流最有效的方法。通过适当的控制回路，有利于增强潮流和相位角控制的稳定性。图7-4(e)与图7-4(b)相同，它们表示以线路两端电压为基准的有功和无功电流关系的相量图。通过相量图可知，各变量之间的关系可分别表示如下:上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍

假设U1，和U2表示系统两个等效发电机的内电压幅值，阻抗X也包含了两个等效发电机的内阻抗，则图7-4(d)表示有功功率随相位角的变化曲线。显然，当相位角δ由0゜增加到90゜时，有功功率即达到了正弦半波的最大值。随着相角的进一步增大，有功功率随之下降，直到8=180。时，有功功率便又降为0。不难看出，如果没有对参数U1,U2,U1,-U2,X和δ的高速控制，输电线路的功角(传输角)就只能在远低于90゜的范围内使用。当然，为保证系统运行不会因为系统最大发电机组或者线路故障而导致系统崩溃，维持足够的稳定裕量是非常必要的。)

增加或减少X的数值会改变有功功率曲线的峰值，图7一4(d)给出r不同X下的3条曲线。在输送功率给定的前提下，改变X也会相应地改变送端和受端电压之间的相位差。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍7.1.7有关参数控制的说明鉴于前面讨论的内容和图7-4的原理说明，并从电力系统潮流控制可能性的基本观点出发，以下几点应该引起特别注意。(1)线路阻抗X的控制。当对线路阻抗进行控制时，可有效控制线路电流，如使用晶闸管控制的串联电容器就可实现电流控制。(2)当传输角(或功角)较小时，对线路阻抗X或传输角的控制可有效实现对有功功率的控制。

(3)传输角的控制。传输角的改变能显著控制端点电压，如使用相角调节器就可达到此目的。特别是当传输角在较小的范围内变化时，可有效控制电流，或是控制由此产生的有功功率潮流。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍(4)在输电线中以串联方式注入一个电压源，并假设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大或减小。由于线路电流滞后注入电压相量900，因此这个串联注入的无功补偿电压可有效控制线路电流，因而也能改变有功功率的潮流，当传输角较小时尤其如此。例如，使用静止同步串联补偿就可实现此目的。(5)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。这种调节方式实质上就是改变这个注入电压幅值和相位，因而能有效地精确控制线路上的有功和无功功率。当然，这个串联的注入电压要在一定程度上能够提高有功和无功功率。上一页下一页返回任务一柔性输电技术介绍(6)由于线路阻抗上的压降通常只占线路电压的很小部分，因此，串联控制器的容量通常也只需设计为占线路输送容量很小的一个百分数。(7)在传输角较小时，每条线路都用一个控制器来控制线路电压的幅值是很昂贵的(如采用晶闸管控制的电压调节器)，在这种情况下，通常可通过线路的互连来控制无功功率。这种方法能有效降低成本，因而具有很好的经济性。(8)将串联控制器与并联连接的电压调节器结合起来，可构成另一种形式的阻抗控制器，它能有效控制两个系统间的有功和无功功率，且这种方式也是比较经济的。上一页返回任务二柔性输电技术控制器7.2.1FACTS控制器的基本类型一般来说，FACTS控制器可分为4种类型:串联型控制器、并联型控制器、串串组合型控制器和串并组合型控制器FACTS控制器的一般图形符号如图7一5(a)所示，图中内嵌晶闸管的方枢可表示任何形式的FACTS控制器。

1.串联型控制器图7-5(b)中，串联型控制器相当于一个可变阻抗，它可以是电容器、电抗器等，也可以是一个由电力电子器件组成的可变阻抗，但它应在主频、次同步和谐波频率(或它们的组合)变化时能够满足所希望的要求。原则上来讲，所有的串联型控制器都是以注入串联电压的形式接入线路的，即便是当数倍电流流过该可变阻抗时，它仍然可用串联电压来表征。下一页返回任务二柔性输电技术控制器只要该串联电压与流过它的线路电流正交，那么串联控制器就只能提供或吸收可变的无功功率而在其他任何相位关系时，此串联电压都会涉及有功功率的交换。

2.并联型控制器与图7一5(b)的串联型控制器一样，图7-5(c)所示的并联型控制器可以是可变阻抗，也可以是可变电源，或者是它们的组合。从原理上讲，所有的并联型控制器都是在并联连接点处给系统注入一个电流。与串联型控制器的定义相似，这个可变并联阻抗的变化会引起系统电流的变化，此时可认为该控制器给系统注入了电流。同样，只要该注入电流与线路电压之间的相位差为900,那么并联控制器只能提供或吸收可变无功功率，而任何其他的相位关系也会涉及有功功率的交换。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器3.串串组合型控制器如图7-5(d)，这类控制器可以是各自独立的串联控制器的组合。在多条线路的输电系统中，这些独立的控制器之间可相互协调工作。另外，这种控制器也可以是一个统一控制器。由图7-5(d)可见，在此类控制器中，串联控制器能独立地对各自所在线路进行串联无功补偿控制，但也可通过直流线路与交流系统交换有功功率，线间潮流控制器(IPFC)就属于这类控制器。统一串串型控制器转换的有功功率能使线路中的有功潮流和无功潮流得到平衡，并能最大限度地利用输电系统。应该注意“统一”这个词的含义，它表示所有变流器的直流侧都是相互连接的，这样才能够实现有功功率的相互传递。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器4.串并组合型控制器这类控制器可以是单个并联和串联控制器的组合，其结构见图7一5(e)和图7-5(f)，与图7-5(e)的控制方式相同，这些独立的控制器之间能够相互协调工作。这种组合型控制器是串联和并联电路结构组合起来的统一控制器，即统一潮流控制器(UPFC)。原则上讲，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。值得注意的是，当并联和串联控制器统一协调工作时，连接串、并联控制器的直流电路一般都会涉及有功功率的交换。不同类型的控制器具有不同的特点。串联型控制器对工作电压、电流和率都具有直接的影响，这是串联型控制的一个重要特点。如果将这种控制器用来控制系统的电流和功率，同时用来抑制系统振荡，在保持线路输送容量不变的前提下，串联型控制器的容量要比并联型控制器的容量高好几倍。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

当有多条线路连接到变电站时，可能需要对每条线路都要求有串联控制器，特别是在某条线路出现故障的情况下尤其如此。当然，这也不一定是必需的，因为这样做会造成经济上的很大负担。提出这个问题并不是说一定要选择并联型控制器，或者说是选择并联型控制器的决定性理由，因为串联型控制器所能控制的输电容量毕竟比并联型控制器所能控制的输电容量要小些，但并联型控制器无论在何种情况下，都不能控制整条线路的潮流。根据以上讨论，从中不难理解到，若能有效地将串联型和并联型控制器组合在一起，就像图7-5(P)和图7-5(f)的控制结构那样，则两者的优点都能得以体现，这样的综合控制器就是一个集功率、电流和线路电压控制于一体的有效控制器。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器对于这种串并组合控制器，并联控制部分可以与各线路控制器一起协调工作，具体结构见图7一5(g)。这种带有统一协调功能的组合式控制方式还能得到一些附加效益，如对无功潮流的控制。

FACTS控制器可以由不具备自关断能力的晶闸管来实现，也可以由具备自关断能力的全控型功率器件来实现。在后续章节中将会提到，一般意义上的FACTS控制器结构均包括由直流电转变成交流电的变流器，这个变流器能够实现与交流系统有功及无功功率的交换。当这种交换仅限于无功功率时，直流侧只需提供很小一点存储容量就可以了。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

对控制器来讲，附加的储能系统(如大容量的直流电容器、蓄电池或超导储能设备等)会带来一些重要的效益。如在电力系统的动态控制中，有储能环节的控制器的控制效果要比没有储能环节的控制器的控制效果要好许多。要得到这样的效果，带储能环节的控制器能够动态提升控制系统中有功功率的输送容量;而在没有储能环节的控制系统中，它只能影响系统内的有功功率的转换。当然，带储能环节的控制器还需要进一步完善或进一步发展，如在系统受到短时冲击时，怎样充分利用储能控制器的作用保证传递或吸收大量的有功功率，这是电气工程师们应该重新认真考虑的问题。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器7.2.2FACTS控制器的定义和功能简介1.FACTS控制器的功能简介在介绍各类FACTS控制器之前，首先值得一提的是，对于以变流器为基础的控制器来说，其变流器的结构主要有两类，即电压型变流器和电流型变流器，它们所用的功率器件一般都是门极可关断的开关器件。图7一6(a)左边为电压型变流器，其图形符号由内嵌门极关断器件与一个反并联二极管的方枢表示，而直流电容器作为控制器的等效电压源;图7一6(a)的右边为电流源型变流器，方枢内则是由门极关断器件与二极管的串联结构组成，图中的直流电抗器作为控制器的等效电流源。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

对于电流型变流器而言，通过对开关器件的有序控制，也可以使直流电流对交流系统表现出交流电流的作用，且它的幅值和相对交流系统电压的相位均可变。与电压型变流器的情况不同的是，当要求电流型变流器的输出功率反向传输时，一般采取改变输出电压的极性，而不是使电流反向。通常用一个内嵌功率器件的方框表示电流型变流器，而方框中与功率器件相连的电感则象征电流源。从上面所介绍的两类变流器的整体成本来看，电压型变流器似乎占有一定的优势;从应用的实例和发展趋势来看，这种类型的变流器将会成为大多数以FACTS控制器为基础的变流器的基本组成部分。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

在FACTS的应用领域内将会涉及大量的新名词，其中包括一些特殊的产品，制造商们会给这些产品一些新名词，有些论文的作者为新的控制器或对传统控制器的改进也提出了一些新名词。对此，IEEE下属的电力电子学会FACTS工作组(IEEEPESTaskForccoftheFACTSWorkingGroup)对FACTS和FACTS控制器有关的名称进行了专门的定义，同时也对这些名词给予了简单的描述。一般情况下，本书都将使用IEEE的术语和定义。

(1)电力传输的柔性(FlexibilityofElectricPowerTransmission)。在电力传输系统的不同变化或不同运行条件下，输电系统的自适应能力，以及在此条件下维持足够稳态和瞬态稳定裕量的能力。(2)柔性交流输电系统。以电力电子器件或其他静止控制器来增强可控性和增大输电能力的交流输电系统。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器(3)FACTS控制器(FACTSComrollcr)由用来控制一个或多个交流输电系统参数的电力电子器件构成的系统或其他静止装置。2.并联型控制器并联型控制器包括制止同步补偿器、禁止同步发生器和电池储能系统。静止同步补偿器(SlalicSynchronousCotnpcnsalor,STATCOM或SSC)是起静止无功补偿器作用的一种静止同步发生器，它并联在系统上，可控制输出的容性或感性电流，且控制与系统电压无关。

STATCOM是FACTS控制器主要装置之一，它可以是电压型或电流型变流器。图7一6(a)为STATCOM并接在线路上的简单图例，其中的变流器可为电压型或电流型。正如前面提到的，从整体成本的角度考虑，电压型变流器似乎应该是首选方案，它也是未来大多数由变流器构成的FACTS控制器的基本部件。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

对于电压型变流器而言，可以控制它的交流输出电压，并在任意交流母线电压下能够调整到恰好满足交流系统无功电流的需求;作为变流器电压源的直流电容器电压，则是根据需要自动调节的。此外，STATCOM可被设计成有源滤波器，以吸收系统的谐波。事实上，根据IEEE所定义的STATCOM只是众多并联型控制器的一个子集，在这些并联型控制器中，有可能包括直流侧具有能发出有功功率的电源或蓄能电源，以使并联注入的电流中含有有功电流分量。像这样的控制器就可以用“静止同步发生器”来描述，它的定义为:静止同步发生器(Slalic即nchronous(}eneralor,SS(劝是一种静止自换相电力电子变流器，它由一个适当的电源提供电能，并能产生一组幅值可调的多相交流输出电压，这种变流器可与交流系统连接，以达到独立交换可控的有功和无功功率的目的。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

图7-6(b)表示在一条简单的线路上将储能与STATCOM相连的情况。为了电能传输的需要，BESS储能容量不要求太大，只需几十个兆瓦时即可。如果变流器短时提供的容量足够大，那么它就能够以很高兆瓦时的速率输出数个兆瓦的功率，以保证瞬态稳定性。当变流器容量为兆伏安数量级时，该变流器在进行有功功率交换的同时，还能够吸收或释放无功功率。在变流器没有给系统提供有功功率时，变流器就只需给电池充电，并使它的电压控制在规定的范围以内。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

图7一6(c)为SVC接线示意图，它一般可作为晶闸管控制或晶闸管投切电抗器和电容器的代名词，也可以表示它们的组合补偿装置。这种补偿装置使用的是没有自关断能力的晶闸管，还包括独立的超前和滞后无功补偿设备。晶闸管控制电抗器或晶闸管投切电抗器用于吸收无功功率，晶闸管投切电容器则用于提供无功功率。SVC可认为是STATCOM的一种廉价选择方案，但与STATCOM相比，SVC的性能要差一些，也不能像STATCOM一样能提供恰到好处的无功补偿容量。

(3)晶闸管控制的电抗器(ThyrislorControlledReactor,TCR)。一种并联连接的晶闸管控制电感，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.上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器(4)晶闸管投切电抗器(ThyrislorSwitchedReactor,TSR。一种并联连接的晶闸管投切电感，其有效电抗由晶闸管以全部导通或零导通的跳变方式来控制。图7-6(c)所示的TSR实际上也是SVC中的另一个子集，它由几个并联连接的电感组成，而这些电感是否投入系统则由晶闸管开关决定。但晶闸管出发延迟角为0，即要么全导通，要么完全不导通，这主要是为了得到系统无功功率消耗的阶跃变化效果。晶闸管投切电抗器由于没有出发延迟角的控制，因而它的成本和损耗都能相应降低，但它不能进行连续控制。

(5)晶闸管投切电容器(ThyrislorSwitchedCapacitor,TSC)。一种并联连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。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

图7-6(c)中同样给出了TSC的结构，它也是SVC中的一个子集。作为交流开关的晶闸管用于投切并联的电容器组，触发延迟角仍为0，与TSR一样，这样能保证提供给系统的无功功率能根据需要以阶跃方式变化。与并联电抗器不同的是，并联电容器不能通过改变晶闸管触发延迟角连续进行投切控制。IEEE广义上定义的其他并联系列控制器还有如下几种。(1)静止无功发生器或吸收器(SlaticVarGenerator,SVG)。一种静止型电气装置、设备或系统，它可从电力系统吸收可控的容性和/或感性电流，或是发出或吸收无功功率。通常它是由并联连接的晶闸管控制电抗器(组)和晶闸管投切电容器组构成。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器(2)静止无功系统(SlalicVar即stem,BVB)。由各种静止和机械开关组成的无功补偿器，其输出可相互协调配合(3)晶闸管控制制动电阻器(ThyrislorControlledBrakingResistor,TCBR)一种并联连接的晶闸管投切电阻器，用于增强电力系统的稳定性控制。当系统出现扰动时，能减小发电机组的加速功率)

图7一6(d)中TCBR通过改变晶闸管交流开关的触发延迟角逐个周期地投切电阻，且该电阻一般为线性电阻。为川涤低成本，TCBR可使用不带触发延迟角控制的晶闸管开关。当然，如果在控制中使用了触发延迟角，就能在半周期内有选择性地抑制低频振荡。3.串联型控制器上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

串联型控制器有以下几种类型。(1)静止同步串联补偿器(SlalicSynchronousSeriesCotnpensalor,SSSC)一种静止型无外部电能支撑的串联同步补偿器，其输出电压与线路电流相量正交，且输出电压的控制与线路电流无关，能增加或减小整条线路阻抗上的电抗性电压降，从而达到控制传输功率的目的。SSSC也可包括瞬态额定储能或能量吸收设备，通过附加的瞬态有功功率的补偿，能增强电力系统的动态性能，并可短暂性地增大或减小整个输电线路有功(电阻性的)电压降。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器SSSC是最重要的FACTS控制器之一。除了它的交流输出电压是串接在线路中外，其他的部分与STATCOM一样。如图7-7(a),SSSC可以由电压型变流器或电流型变流器构成。通常串联注入的电压与线路电压相比要小得多。只要变压器一次和二次绕组的绝缘设计得合理，变流器就可安装在地面，否则，全部变流设备均应安装在与地面绝缘的一个平台上。调节电压比是一种最经济的变流器设计方案。在没有附加外部能源的前提下，SSSC仅能注入可变电压，并产生相对于可变电压相量士90。的电流。在设计时应注意，除非变流器在严重的线路故障中能够被临时旁路，否则变压器的一次侧、二次侧，以及变流器本身都必须能够通过全部的线路电流，包括故障电流。如图7一7(b)，电池储能系统或超导磁能储存器也可以与串联型控制器相连，该控制器在串联线路上能注入一个相位角可变的电压相量。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器(2)线I司潮流控制器(InterlinePowerFlowController,IPFC)}IPFC是在20世纪90年代中后期提出来的控制器，IEEE还未给出它的定义。可能的定义为:由两个或多个静止同步串联补偿器组成的控制器，它们的直流侧互连在一起，以利于每条线路的有功功率在不同SSSC的交流端子之间双向流动，各SSSC能独立地提供无功补偿、调节每条线路上的有功功率潮流，并维持所希望的潮流分布，或者控制各线路间的无功功率。IPFC结构中也可能含有STATCOM，它的直流侧与IPFC的直流端连接在一起，这样除了能提供并联无功补偿外，还能够发出或吸收合成SSSC组全部有功功率的欠缺部分。

(3)晶闸管控制串联电容器(ThyrislorControlledSeriesCapacitor,TC-SC)。一种电容性无功补偿器，它由串联电容器组与晶闸管控制的电抗器并联组成，以提供平滑变化的容性串联电抗上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

由图7-7(c)给出的Tcsc结构可知，它是由没有自关断能力的晶闸管来控制的，它可代替上面介绍的sssc。

(4)晶闸管投切串联电容器(Thyrislor一SwitchedScricsCapacitor,TSSC一种容抗补偿器，由串联电容器组与晶闸管投切电抗器并联组成，以提供串联容抗的分段控制)(5)晶闸管控制串联电抗器(Thyrislor一ControlledScricsReactor,TC-SR)。一种感抗补偿器，由串联电抗器与晶闸管控制的电抗器并联组成，以得到平滑变化的串联感性电抗。

(6)晶闸管投切串联电抗器(Thyrislor一SwitchedScricsReactor,TSSR)。一种感抗补偿器，由串联电抗器与晶闸管控制电抗器并联组成，以得到串联感抗的分段控制)上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器4.串并联组合型控制器(1)统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC。将静止同步补偿器(STATCOM)和静止同步串联补偿器(SSSC)的直流侧连接在一起的组合装置。它容许有功功率在SSSC的串联输出端和STATCOM的并联输出端之间双向流动。在没有外部储能的条件下，能提供串联线路有功和无功电流补偿。由于串联注入电压相角没有限制，UPFC可同时或有选择地控制输电线路的电压、阻抗和传输角，还可以有选择地控制线路上的有功和无功功率。UPFC也可独立地提供可控并联无功补偿。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器由图7-8(b)的UPFC可知，它是由图7-6(a)的STATCOM和图7-7(a)的SSSC组合而成。在正常工作状态下，串联补偿部分SSSC的有功功率是从同一线路本身经并联补偿部分STATCOM获得的，而后者则是借助无功功率的控制来实现电压的控制。UPFC是一个通过输电线控制有功功率、无功功率和线路电压的真正控制器。(2)晶闸管控制移相变压器(Thrislor一ControlledPhaseShiflin}Trans-former,TCPST)。通过晶闸管投切进行调节的移相变压器，它能提供快速可变的相位角。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器(3)相I司潮流控制器(InlerphasePowerController,IPC)。一种串联连接的有功和无功功率控制器，在每一相中包含感性和容性支路，且各支路分别对应各自的相移电压。利用机械或电力电子开关调节相移位置和/或支路阻抗，可独立地设置线路上的有功和无功功率。在特定情况下，当感性和容性阻抗形成共扼关系时，IPC就成为由其他端子上电压控制的无源电流源。

5.其他控制器(1)晶闸管控制的电压限制器(Thyrislor一ControlledVoltageLitniler,TCVL)一种由晶闸管投切的金属氧化物变阻器(MOV)，在瞬态条件下能限制该变阻器两端的电压.上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

晶闸管开关可与无间隙避雷器串联连接，或采用图7一9(a)的电路结构。此时，无间隙避雷器的一部分(10%一20)可通过晶闸管开关旁路，以便动态地降低电压限制等级。一般来说，MOV要比普通无间隙避雷器表现出更为优越的性能。为了能抑制动态过电压，TCVL应能持续几十个周波。

(2)晶闸管控制电压调节器(Thyrislor一ControlledVoltageRegulator,TCVR)一种晶闸管控制的变压器，可持续控制变化着的被控相电压7.2.3FACTS的发展历史与应用简介1.FACTS的发展概况上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器在FACTS的众多成员中，静止无功补偿器是FACTS控制器中最早的一个成员。早在20世纪70年代初期，美国电力研究所首先将该技术引人到电力系统的无功补偿中，这种装置由一个快速晶闸管开关来控制电抗器或者并联电容器，以实现动态并联补偿。第一个串联型控制器次同步振荡阻尼器(NGH一SSR)，是由Hingorani博士发明的，它是一种采用串联电容器的小功率阻抗控制器。西门子公司于1984年在加利福尼亚对它的性能进行了论证，所得到的结果表明，有效的NGH一SSR对串联电容器补偿是没有限制的。事实上，早在SVC出现之前，就已存在两种控制器:一种是用来限制过电压的静止饱和电抗器;另一种是用来限制动态过电压的大功率无间隙金属氧化物避雷器。当时，对固态抽头分接器和移相器早就开始了研究。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器但自从晶闸管得到广泛应用以后，基于晶闸管控制的开关技术就成功用于这两种早期控制器之中，并使它们的性能得到有效的提高。FACTS技术的独到之处就是向人们揭示了电力电子技术在电力系统中应用的巨大潜力，大胆的设想与全新的观念使其成为现实。晶闸管控制串联电容器(ThyrislorControlledSeriesCapacitor,TCSC)是第一代FACTS控制器中较晚的成员，它仍是采用晶闸管来控制串联在线路中的电容器。世界上第一个三相TCSC由ABB公司于1992年在凯恩特(Kayen-la)电站投入运行，它使该条线路的输送容量几乎增加了30。截至2004年底，全世界共安装了7套大型TCSC装置，有三套安装在亚洲，其中两套在中国，一套在印度、表7一1为全世界安装的大型TCSC一览表.上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

静止同步补偿器是第二代FACTS控制器，它具有很强的应用潜力。STATCOM可以是小型和紧凑型的结构形式，具有很高的响应速度，且无谐波污染。世界上第1个投入商业运行的STATCOM是1991年由日本三菱公司生产的士80MVA/154kV装置，以后得到了长足发展，表7-2给出了正在运行的几个主要设备情况。若将STATCOM与SSSC结合起来组成一个单一装置就是统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC)，它是FACTS的第三代控制器，具有独立控制有功功率和无功功率的能力。该装置于1998年首先在美国电力公司所属艾茵茨电站投入运行，2004年又有一个大型UPFC装置在韩国投入运行。表7一3给出了这两个电站UPFC装置的具体数据。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

在FACTS控制器领域中最新发展的成员之一就是可变静止补偿器(Con-verlibleSlalicCotnpensalor,CSC),CSC允许各种控制器以不同形式投入运行，如进行并联运行的STATCOM,串联运行的SSSC,串/并联运行的UPFC，或者两条线路之间的串联/串联运行的线间潮流控制器。世界上第一个CSC安装在美国纽约电力管理中心马西山电站345kV的线路上，它有11种不同的控制模式-2.FACTS的应用简介FACTS的应用在最近20年来得到了长足发展，比较有影响和比较典型的系统主要集中在美国。特别是1995年以来，该领域的技术应用显得非常跃。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

美国圣地亚哥煤气与电力公司所属的特勒嘎电站在2002年10月交付使用的138kV、士100MVASTATCOM也已取得了显著作用在亚洲地区，我国清华大学以及国网南京自动化研究院都已分别于1998年和2000年完成了STATCOM的产品试制。韩国也在FACTS应用方面迈出了重要一步。如韩国电力公司于2004年投入商业运行的80MVAUPFC也取得x了明显的效益一该系统的电压等级为154kV,串并联部分各为士40MVA.上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器STATCOM除了应用于输电系统外，还成功应用于发电和配电系统之中，如对风力发电的电能质量进行优化。风力发电系统与输电和配电系统并网时，有可能会影响到接入点的电压质量和可控性。如丹麦电力于1998年着手的瑞基什比黑德项目就是利用士8Mvar的SV(;或STATCOM改善24Ml}%的风力发电厂的电能质量，评价和研究用STATCOM动态控制网络电压的效果，并为以后增加风力发电机组并网和对脆弱电网的控制提供经验;研究了该系统对压型STATCOM在进行无功补偿、改善电能质量时的效果。为了防止风力发电系统成为孤网后有可能形成灾难性的过电压，并可能对STATCOM造成破坏性的影响，研究人员还对STATCOM在这种过电压中所能发挥的作用进行了探讨上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器FACTS的产品类型还有一些没有述及，如电池储能系统和超导磁能存储系统等，表7一4给出了FACTS的主要应用实例和有关数据。7.2.4FACTS技术的优势根据以上对FACTS技术的基本介绍可以了解到，在电力系统的稳态运行下，FACTS控制器可以用于电网高低压的控制、增加热负荷、后故障电压控制、环路潮流控制、降低短路级别以及潮流控制。其中主要的稳态控制主要表现在如下几点。1.拥塞管理上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器在现行电力市场解除管制后，拥塞管理是独立系统操作人员ISO(Inde-pendent即sletnOperalor}密切关注的问题，因解除管理后会使自由电价交易和价格定位变得无序。此时，像TCSC,晶闸管控制相角调节器(ThyrislorControlledPhaseAngleRegulator,TCPAR)和UPFC的应用则有利于减少拥塞、平滑区域电价，并通过潮流控制，使拥塞线路的潮流向轻载线路分流，这样便增加了社会福利。

2.ATC的改善在许多解除管制的电力市场中，买者和卖者之间的电能交易是根据ATC来进行计算的。ATC较低意味着网络不能允许进一步的交易，因此不提倡自由竞价。像TCSC,TCPAR和UPFC这样的FACTS控制器通过更多的电能交易来改善ATC上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器3.无功功率和电压控制使用SVC或STATCOM这样的并联型FACTS控制器可实现无功功率和电压控制是非常有效的，关于此类控制方面的研究论文已有很多，读者可参看相关内容。4.负载余量的改善由于负荷密集地区的过载问题，世界上已有很多地方出现了电压崩溃的报道。使用串联和并联补偿能有效地增加电网传输能力，因而它们的使用能够起到增加系统负载余量的作用。5.潮流平衡和控制上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

使用TCSC,SSSC和UPFC这类的FACTS控制器只需少许功率就可对并行线路和不同电压等级的潮流进行优化控制，并能同时实现最大限度地利用线路容量、减少系统能量损失的目标。FACTS控制的动态特性包括瞬态稳定性的改善、减小振荡(动态稳定性)以及电压稳定性的提高等。在实际应用中，最希望FACTS控制器能够在系统大扰动下具有增强稳定性的能力，而减小这些冲击性故障的影响可通过STAT-COM的动态电压支撑、TCSC或具有两种特性的UPFC潮流控制来实现。

FACTS控制器给电力传输的管理能够带来一种或多种利益。(1)按照要求控制潮流。在潮流控制过程中，首先应遵循合同条款的要求，满足用户自身的需要，确保最优潮流分布;在特殊情况下具有应对措施，最好是在此情况下还能满足系统传输的要求。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器(2)士曾加线路的负荷容量，使其发挥到热容规定的数值，其中包括短期的和季节性的要求。要实现这一目标，有可能还必须克服其他的限制，并能根据线路自身容量来分配电能。值得指出的是，线路的热容数据是随着环境条件和负荷历史而变化的，且有很大的裕量空间。(3)通过提高瞬态稳定性限制、约束短路电流和过负荷、处理好级联负荷拥塞瓶颈，以及抑制系统和发电机的电磁振荡等措施来增强系统的安全性。传输线路互连的一个重要原因就是能够使发电设施的运行成本降到最低，如果做不到这一点，传输线路就不可能有足够的经济效益。反过来说，提高传输线路的效益就意味着增加和使用最低运行成本的发电机组。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器

从经济效益的角度看，FATCS装置能够带来的效益有很多，但直接效益并不是很明显，而且FACTS装置的运行费用也非常昂贵。如世界上第二个UPFC于2004年底在韩国科普康(KPP}GO)系统投入运行，从它的使用情况可知，这些技术的运行费用很高。但这些费用不能直接与预期效益挂钩，原因之一是由于FACTS的配置并不完整，以至于难以看到这些装置的效益。一般来讲，FACTS能够带来的效益主要体现为下列几点。

(1)防止威胁。FACTS装置能够防止系统崩溃的潜在威胁，而这种破坏所产生的经济损失和后果是无法估量的。如果再考虑这种破坏而导致的大面积停电所带来的损失，则FACTS装置的运行费用即使再高也是值得的。

(2)增强系统稳定性。远距离传输、电网的互联、负荷的变化以及系统故障，都会使电力系统变得不稳定。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器(3)增加供电质量。现代工业要求高质量的电力供应，它至少应包括稳定的电压和频率，不能切除电源。(4)增加设备的灵活性和缩短建设工期。

(5)直接经济效益。FACTS的经济效益主要体现在由于传输容量的增加，以及由此引起的附加运行费用所带来的直接效益;同时还由于增加高压传输线路投入的时间延迟，或新建电了的计划延迟所带来的效益。另外，在无调节市场中，由于电力系统稳定性的改善，能够实质性地避免强制管理条例中规定的罚款条例，这样就能有效降低投资回报损失的风险，并不承担电力合同中规定的惩罚条款。总之，FACTS的经济效益有直接和间接两种形式，而间接效益则是很难估量的。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器(6)维护费用的减少。过度负荷的传输线路要能够得到缓释，应不时地攻变系统运行方式才能得到解决，如加强对多条并行支路潮流的控制。相比而言，若采用FACTS装置就能将维护费用降低到最低。这是因为多条传输线在运行时，故障概率就会显著增加，而对FACTS设备进行优化控制后就能降低线路故障率，所以它能够降低系统的维护费用。电压、电流、阻抗、有功功率和无功功率是相互关联的，而每一种控制器能够有多方面的控制能力，应根据电压、潮流、稳定性等要求有重点地确定控制器应完成的任务。为了完成多种任务，控制的设计可以应用不同的开环和闭环控制策略。从可控性的层面来讲，一定要确保是建立在稳定的潮流控制基础之上的可控性，因为不同的控制器具有不同的控制特点和不同的稳定裕量。只有了解了这些控制器的不同特性和有关价值后，才能够进行正确设计，并确定使用何种FACTS控制器。表7-5给出了有关控制器的一些基本特征.上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器7.2.5高压直流输电与FACTS如果读者曾经了解过高压直流输电(HVDC)的话，就应能理解HVDC和FACTS技术是互为补充的。从某种意义上来讲，HVDC的换流站也都是由电力电子器件构成的，似乎也应该属于FACTS的范畴，它相当于是用直流线路将整流器与逆变器连接在一起的输电系统，这个直流线路既是整流器的输出，又是逆变器的输入，但它是直流输电系统，而FACTS则是针对交流输电系统，因而HVDC并没有包含在FACTS技术中。与交流系统不同的是，HVDC不是一个电网，将来也不会是。但出于经济的原因，当采用一个可靠互联的交流网络的代价非常昂贵时，有时也会使用HVDC与交流系统互连。为此，有必要对高压直流输电做一个简单的介绍。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器1.水下电缆电缆相当于一个大电容，因此交流电缆需要一个大的充电电流(无功功率)，它比铺设一条架空线的费用要高出一个数量级。因此，凡是超过30km的交流海底电缆或是更长的电缆，其电缆中的电流将全部是电容的充电电流，或者说从海岸提供的电流全部都是无功电流，不可能留有任何空间来传输有功功率。正是由于这个原因，在长距离的电缆输电系统中，每隔15~20ktn应并联一个电感来减少充电电流，因此必须有一个合适的陆地空间来安放补偿电感。但在这种情况下使用HVDC，就不存在距离的技术障碍了。而且，直流电缆的传输费用要比交流电缆的费用低得多，HVDC的这一优越性使得它在长距离海底电力传输中得到了新的发展空间。上一页下一页返回任务二柔性输电技术控制器在此领域中，FACTS技术，例如，UPFC，可以通过控制终端(受端)某个端口电压的幅值来改善系统运行性能，并使它与终端上其他端口的电压幅值保持一致。根据这一思路，若只考虑充电电流的影响，电缆的有效长度就可以减少1/2。当然