灵活交流输电技术

晶 闸 管 控 制 的 移 相 变 压 器 ( thy risto r con t ro lled p ha se sh ift ing t ran sfo rm er, TCPST ) 是 利用可控硅开关控制移相角度从而改变线路两侧 的移相角来控制潮流的大小或方向。经过多年的理 论研究表明 TCPST 具有提高联络线传输潮流, 抑 制小干扰, 提高系统稳定性, 阻尼功率振荡, 母线电 压控制, 规约联络线潮流等功能[15], 晶闸管控制的 移相器的控制速度快, 相角阶梯可以很小, 甚至达 到无级调节, 但晶闸管控制的移相器有一个缺点, 它本身需要消耗无功功率, 运行中一般需要与无功 补偿装置联合使用, 并且谐波的含量较高, 因此对 电能质量有一定的影响。 3. 7 统一潮流控制器
Ξ 收稿日期: 2006204220; 修回日期: 2006207231
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电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 2007 年 6 月
出现了门极可关断 (Gate T u rn O ff, GTO ) 电压源 换流器的新一代 FA CT S 控制器, 主要有串联潮流 控制器、静止移相器、高级无功补偿器、静态同步补 偿器、静止同步串联补偿器、统一潮流控制器, 以及 最新一代新型控制器线间潮流控制器、广义统一潮 流控制器和相间功率控制器。
3 FACTS 中的控制器及其原理
3. 1 静止无功补偿器 静 止 无 功 补 偿 器 ( sta t ic va r com p en sa to r,
SV C) 的 典 型 代 表 是 晶 闸 管 投 切 的 电 容 器 ( thyristo r sw itched cap acito r, T SC) 和晶闸管控制 的 电抗器 ( thyristo r con t ro lled reacto r, TCR )。如 果只是将这两种无功补偿器单独使用, 它们都有各 自的缺点, 单独的 TCR 只能吸收无功功率, 而不能 发出无功功率; 单独的 T SC 对于抑制冲击负荷引 起的电压闪变是不够的。为了解决这些问题, 可以 将 TCR 与并联电容器配合使用。这些组合而成的 SV C 的重要特性是它能连续调节补偿装置的无功 功率, 可以对无功功率进行动态补偿, 使补偿点的 电压接近维持不变。SV C 的主要作用是电压控制, 但采用适当的控制方式后, SV C 也可以有阻尼系 统功率振荡和增加稳定性等作用[ 5 ]。经过几十年的 发展, 不仅将静止无功补偿器, 用于输电系统的电 压控制[6], 也用于配电系统的补偿和控制, 还可用 于电力终端用户的无功补偿 2 电压控制, 例如电气 化铁路、电弧炉等负荷波动大、无功功率频繁变化 的场所[7 ]。 3. 2 静止同步补偿器
2 FACTS 控制技术的发展
FA CT S 控制技术经数十年的不断发展完善, 实现的功能也日趋强大, FA CT S 家族也由最初的 几 种发展到现在的数 10 种。最初, FA CT S 控制技 术主要采用反并联晶闸管控制结构, 这种技术的应 用主要有静止无功补偿器、可控串联补偿器、可控 移相器、可控移相器等。随着电力电子技术的进步,
摘要: 为了提高输电系统的输送能力和交流输电运行整体控制能力以及开辟高压和超高压交流输电的新方 向, 对灵活交流输电系统中的控制技术和几种主要的控制器进行了阐述, 并重点分析了相间功率控制器技术 的国内外研究现状, 认为, 灵活交流输电技术的不断发展完善并在电力系统中大量的应用, 将会为我国未来电 网的发展和运行管理提供强有力的工具。 同时, 指出了灵活交流输电技术今后的发展趋势及美好发展前景。 关键词: 灵活交流输电; 相间功率控制器; 电力电子 中图分类号: TM 72 文献标识码: A 文章编号: 100328930 (2007) 0320113205
Survey of Flex ible AC Tran sm iss ion System Technology
W AN G Shu2w en, J I Yan2chao , M A W en2chuan (Schoo l of E lect rica l Eng ineering and A u tom a t ion, H a rb in In st itu te of
1 前言
灵 活 交 流 输 电 (flex ib le A C t ran sm ission systm e, FA CT S) 技术是性很高的 大功率可控硅元件代替传统元件中的机械式高压 开关, 从而使电力系统中影响潮流分布的 3 个主要 电气参数可按照系统的需要迅速调整, 以期实现输 送功率的合理分配, 电压的合理控制, 降低功率损 耗和发电成本, 大幅度提高系统稳定性, 可靠性。此 项技术是实现电力系统安全经济、综合控制的重要 手段[1, 2 ]。
第 19 卷第 2007 年 6
3月期
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 P roceed ing s of the CSU 2EPSA
V o l. J un.
19 N o. 3 2007
灵活交流输电技术Ξ
王树文, 纪延超, 马文川
(哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院, 哈尔滨 150001)
静 止 同 步 补 偿 器 ( sta t ic synch ronou s com p en sa to r, STA TCOM ) 也 可 以 称 为 A SV G (act ive sta t ic va r genera to r) —— 有源静止 无功发生器。它的基本原理是将自换相桥式电路通 过电抗器或者直接并联在电网上, 适当调节桥式电 路交流侧输出电压的幅值和相位, 或者直接控制其 交流侧电流, 就可以使该电路吸收或发出满足要求 的无功电流, 实现动态无功补偿。由于它将电压源 逆变技术应用于无功补偿领域, 不需要大容量的电 容, 电感等储能元件, 因而大大地发展了传统的无 功控制概念。A SV G 的重要特性是输出的无功功率 不受系统电压的影响, 在任何系统电压的情况下, 都能输出额定的无功功率, 与 SV C 相比, 在系统故 障的情况下静止同步补偿器维持系统电压、提高系 统暂态稳定性和抑制系统振荡的作用较明显; 近二
T echno logy, H a rb in 150001, Ch ina)
Abstract: To im p rove the tran sim ission cap ab ility and enhance in teg ra l con tro l of A C tran sm ission system , th is p ap er d iscu sses FA CT S techno logy in deta il, and then som e typ es of con tro llers and con tro l techno log ies a re in troduced. Sta te of the a rt of in terp ha se pow er con tro ller a t hom e and ab road is expounded. W ith FA CT S techno logy g rea tly u sed in pow er system s, it w ill p lay an im po rtan t ro le in fu tu re, esp ecia lly in Ch ina. F ina lly, the developm en t trend and fo reg round of the techno logy a re p resn ted. Key words: flex ib le A C tran sm ission system (FA CT S) ; in terp ha se pow er con tro ller; pow er electron ics
第 19 卷第 3 期 王树文等: 灵活交流输电技术
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静 止 同 步 串 联 补 偿 器 ( sta t ic synch ronou s series com p en sa to r, SSSC ) 与静止同步补偿器在 结构上有类似之处, 都是以 DC A C 逆变器为基本 结构, 它的基本原理是向线路注入一个与电压相差 90°的可控电压, 以快速控制线路的有效阻抗、从而 进行有效的系统控制。它在系统中的作用有些类似 于 TCSC, 但是, 它控制潮流的能力远大于单方向 减少线路阻抗功能的 TCSC 控制器, 并且谐波含量 小[14 ]。 3. 6 晶闸管控制的移相变压器
FA CT S 技术一经提出立即受到各国电力工作 者的高度重视[3], 研究主要集中在潮流控制、提高 稳定性、增强阻尼以及控制器的等方面。国内外一 些权威人士已经将 FA CT S 技术与先进的能量管
理系统 (energy m anagem en t system , EM S) 技术和 综合自动化技术一起预测, 将其确定为“未来输电 系统新时代的三项支撑技术”或是“现代电力系统 中三项具有变革性影响的前沿课题之一[ 4 ] ”。美国、 日本和欧洲一些发达国家, 以及我国, 都已经投入 了大量的人力和物力, 对此进行开发研究, 并取得 了一定的成绩, 很多装置已经投入了实际运行, 在 电力系统中发挥着重要的作用。
( sup erconduct ing m agnet ic energy sto rage, SM ES) 等, 是采用并联式电压源换流器的能量存 储系统, 其换流器可通过快速调节向交流系统供给 或吸收电能。将 SM ES 用于两机系统的频率控制, 可以有效地抑制两系统之间的频率偏移。也可将 SM ES 与静止移相器相结合用于互联系统负荷频 率控制[10 ]。 3. 4 晶闸管控制的串联电容器
晶 闸 管 控 制 的 串 联 电 容 器 ( thyristo r con t ro lled series cap acito r, TCSC ) 的模块主要由 串联电容和含有电抗、晶闸管开关的并联回路组 成, 通过可控硅控制可以灵活、连续地改变补偿容 量[11], 达到快速响应的效果。TCSC 在改善电力系 统性能方面有很多优点, 将 TCSC 用于高压输电系 统, 可发挥现有系统的潜力, 提高功率传输极限, 灵 活地调节系统潮流, 增加系统阻尼作用, 保证超高 压电网安全稳定运行。TCSC 技术已经引起各国研 究学者的重视, 对 TCSC 的研究主要集中在提高暂 态稳定性、抑制次同步谐振、阻尼系统间功率振荡、 避 免电压崩溃等[12]。而近几年对 TCSC 抑制次同 步谐振和暂态特性的研究较活跃。