1、1第六章 柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）概述FACTS的概念FACTS的產(chǎn)生背景FACTS的技術(shù)特點(diǎn)FACTS與HVDC的關(guān)系FACTS控制器的分類坐標(biāo)變換及瞬時(shí)功率理論26.1 FACTS的概念例：輸電網(wǎng)的潮流控制 節(jié)點(diǎn)A、B接有發(fā)電機(jī)組，注入功率分別為680MW和600MW，節(jié)點(diǎn)C接入1280WM的負(fù)荷，線路AC、AB和BC的電抗分別為60、60 和40 ，連續(xù)負(fù)載能力均為700WM，各節(jié)點(diǎn)電壓均為額定值220kV，則系統(tǒng)的“自然”潮流分布如圖所示。36.1 FACTS的概念（續(xù)）增建新的傳輸線路 節(jié)點(diǎn)A、C之間增建一回線路，其參數(shù)與原線路相同。46.1 FACTS的概念（續(xù)）串聯(lián)電容補(bǔ)償

2、 線路A、C靠近節(jié)點(diǎn)A處加入容性串聯(lián)補(bǔ)償，Xc=-4.2（對應(yīng)補(bǔ)償度為7）56.1 FACTS的概念（續(xù)）采用移相器 線路A、C靠近節(jié)點(diǎn)A處加入移相器。66.1 FACTS的概念（續(xù)）采用并聯(lián)無功補(bǔ)償 沿線電壓最低點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。76.1 FACTS的概念（續(xù)）采用綜合潮流控制器 組合起來，形成綜合解決方案。86.1 FACTS的概念（續(xù)）靈活交流輸電系統(tǒng)，又稱柔性（彈性）交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC Transmission System），簡稱FACTS1986年EPRI專家N.G.Hingorani首次提出對FACTS的含義、范疇、定義、命名和分類的各種看法或建議相繼出現(xiàn)96.1 F

3、ACTS的概念（續(xù)）CIGRE（國際大電網(wǎng)組織）及IEEE（電氣及電子工程師學(xué)會(huì)）分別成立專門研究小組FACTS的出現(xiàn)，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的標(biāo)志，是電力系統(tǒng)最重大的技術(shù)變革之一FACTS技術(shù)和先進(jìn)的控制技術(shù)以及綜合自動(dòng)化技術(shù)一起被認(rèn)為代表輸電系統(tǒng)的新時(shí)代106.1 FACTS的概念（續(xù)）FACTS的基本內(nèi)涵是：基于采用現(xiàn)代大功率電力電子技術(shù)構(gòu)成的各種FACTS控制器，結(jié)合先進(jìn)的控制理論和計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對交流輸電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)和變量（如電壓、相角、阻抗、潮流等）更加快速、連續(xù)和頻繁的調(diào)節(jié)，即所謂柔性（或靈活）輸電控制，進(jìn)而達(dá)到提高輸電系統(tǒng)運(yùn)行效率、穩(wěn)定性和可靠性的目的。116.1 FACTS

4、的概念（續(xù)）基石：大功率電力電子技術(shù)核心：FACTS控制器關(guān)鍵：對輸電網(wǎng)參數(shù)和變量的柔性化控制通過適當(dāng)?shù)母脑欤€可以應(yīng)用于配電和用電網(wǎng)絡(luò)，以改善電能質(zhì)量和提供用戶定制電力（Custom Power）。簡單說，F(xiàn)ACTS是綜合電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)而形成的用于控制交流輸電的新技術(shù)。126.1 FACTS的概念（續(xù)）定義一：FACTS是利用電力半導(dǎo)體構(gòu)成的移相變壓器、調(diào)壓器以及串聯(lián)補(bǔ)償電容器等電力電子裝置，通過改變線路阻抗和節(jié)點(diǎn)電壓相角以實(shí)現(xiàn)對交流潮流的有力控制。（1986年，Hingorani）定義二：FACTS是可控硅構(gòu)成的移相器、靜止無功補(bǔ)償器、動(dòng)態(tài)制動(dòng)電阻、可控串聯(lián)補(bǔ)

5、償器、有載調(diào)壓變壓器、故障電流限制器等裝置的總稱。（1988年，Hingorani）136.1 FACTS的概念（續(xù)）定義三：FACTS為包含除高壓直流輸電（HVDC）以外的所有應(yīng)用在輸電環(huán)節(jié)的電力電子裝置的總和。（1994年，Hingorani）1996年IEEE TF（Task Force，特別工作組）定義：所謂FACTS，即是裝有電力電子型或其它靜止型控制器以加強(qiáng)可控性和增大電力傳輸能力的交流輸電系統(tǒng)146.2 FACTS的產(chǎn)生背景傳統(tǒng)的交流電力系統(tǒng)單一頻率、規(guī)范化電壓電氣設(shè)備的裕度很大電網(wǎng)可控性很差156.2 FACTS的產(chǎn)生背景（續(xù)）交流輸電網(wǎng)面臨的問題由于電壓和穩(wěn)定性限制，線路輸送

6、能力得不到充分利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，調(diào)控手段缺乏，安全運(yùn)行管理困難因?yàn)橘Y金短缺、環(huán)境限制或公眾輿論的影響，建設(shè)新的輸電線路日益困難。166.2 FACTS的產(chǎn)生背景（續(xù)）輸電網(wǎng)運(yùn)行的需要在保證電網(wǎng)安全可靠的同時(shí)，提高輸電效率、降低生產(chǎn)成本提高輸電能力的要求實(shí)現(xiàn)潮流控制的要求176.2 FACTS的產(chǎn)生背景（續(xù)）來自HVDC的競爭壓力潮流可控性異步聯(lián)網(wǎng)186.2 FACTS的產(chǎn)生背景（續(xù)）新技術(shù)發(fā)展為FACTS實(shí)現(xiàn)提供了條件現(xiàn)代電力電子技術(shù)現(xiàn)代控制理論計(jì)算機(jī)技術(shù)通訊技術(shù)196.2 FACTS的產(chǎn)生背景（續(xù)）已有FACTS技術(shù)產(chǎn)品的研制和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累靜止無功補(bǔ)償器（SVC）靜止同步補(bǔ)償器（ST

7、ATCOM）次同步諧振阻尼器206.3 FACTS的技術(shù)特點(diǎn)利用FACTS元件可以快速、平滑地調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，從而靈活、迅速地改變系統(tǒng)的潮流分布。FACTS元件具有快速可控的特點(diǎn)，對提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性有十分顯著的作用。216.3 FACTS的技術(shù)特點(diǎn)（續(xù)）FACTS元件可以斷續(xù)或連續(xù)地調(diào)節(jié)控制參數(shù)，可以用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的阻尼，抑制或消除振蕩，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。電子開關(guān)理論上可以無限次操作而無機(jī)械磨損，因而提高了系統(tǒng)控制的靈活性和可靠性。226.3 FACTS的技術(shù)特點(diǎn)（續(xù)）FACTS技術(shù)的顯著特點(diǎn)是可以充分利用現(xiàn)有輸電線路和設(shè)備，以增加FACTS元件的方法，在現(xiàn)有電力系統(tǒng)內(nèi)逐步實(shí)施。236.4

8、 FACTS與HVDC的關(guān)系相同之處歷史同樣悠久（晶閘管控制的HVDC|FACTS家族中最早的成員SVC）共同的基礎(chǔ)：大功率電力電子技術(shù)使用的最終目標(biāo)一致：提高電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能246.4 FACTS與HVDC的關(guān)系（續(xù)）差異之處1HVDC基于直流傳輸原理：交直交，控制功率交換來達(dá)到目的；FACTS基于交流輸電原理：（等效地）改變交流電網(wǎng)的參數(shù)，從而調(diào)節(jié)其功率傳輸來達(dá)到目的。256.4 FACTS與HVDC的關(guān)系（續(xù)）差異之處2HVDC要求能控制較大的功率：依賴高耐壓和大容量的晶閘管器件；FACTS是通過調(diào)節(jié)交流電網(wǎng)的參數(shù)而“間接”控制電網(wǎng)功率，“四兩撥千斤”：容量要求低，可采用耐壓和容量

9、不及晶閘管的可關(guān)斷器件。266.4 FACTS與HVDC的關(guān)系（續(xù)）隨著可關(guān)斷器件耐壓和容量的不斷提升，HVDC和FACTS之間的界限正在逐漸模糊，有“交集”： 如：VSCHVDC276.5 FACTS控制器的分類IEEE TF提出的分類法并聯(lián)型串聯(lián)型串并聯(lián)型其它286.5 FACTS控制器的分類（續(xù)）并聯(lián)型相當(dāng)于一個(gè)在連接點(diǎn)處向系統(tǒng)注入的電流源，通過改變該電流源輸出電流的幅值和相位，即可改變其注入系統(tǒng)的無功甚至有功功率的大小，起到調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)功率和電壓的作用，進(jìn)而達(dá)到間接調(diào)節(jié)電網(wǎng)潮流的目的。296.5 FACTS控制器的分類（續(xù)）串聯(lián)型相當(dāng)于一個(gè)與線路串聯(lián)的電壓源，通過調(diào)節(jié)該電壓源的幅值和相位，

10、即可改變其輸出無功甚至有功功率的大小，起到直接改變線路等效參數(shù)（阻抗）的目的。306.5 FACTS控制器的分類（續(xù)）串并聯(lián)型將串聯(lián)型和并聯(lián)型FACTS控制器綜合成一個(gè)整體，能更好地控制電網(wǎng)潮流、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。316.5 FACTS控制器的分類（續(xù)）并聯(lián)型FACTS控制器靜止無功補(bǔ)償器（SVC）可控硅控制的電抗器(TCR)可控硅投切的電抗器(TSR)可控硅投切的電容器(TSC)靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)靜止無功發(fā)生器(SVG)靜止調(diào)相機(jī)(STATCON)靜止無功系統(tǒng)(SVS)326.5 FACTS控制器的分類（續(xù)）并聯(lián)型FACTS控制器(續(xù)）無功補(bǔ)償系統(tǒng)(VCS)靜止同步

11、發(fā)電機(jī)(SSG)蓄電池蓄能系統(tǒng)(BESS)超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)(SMES)可控硅控制的制動(dòng)電阻器(TCBR)336.5 FACTS控制器的分類（續(xù)）串聯(lián)型FACTS控制器靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)可控硅控制的串聯(lián)電容器(TCSC)可控硅控制的串聯(lián)補(bǔ)償器(TCSCOM)可控硅控制的串聯(lián)電抗器(TCSR)可控硅投切的串聯(lián)電容器(TSSC)可控硅投切的串聯(lián)補(bǔ)償器(TSSCOM)可控硅投切的串聯(lián)電抗器(TSSR)346.5 FACTS控制器的分類（續(xù)）串并聯(lián)型FACTS控制器相間功率控制器(IPC)可控硅控制的移相變壓器(TCPST)統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)其它類型的FACTS控制器可控硅控制的電壓限制

12、器(TCVL)356.6 坐標(biāo)變換及瞬時(shí)功率理論三相電路瞬時(shí)無功功率理論由S.Fryze、Akagi等先后提出突破了傳統(tǒng)的以平均值為基礎(chǔ)的功率定義，系統(tǒng)地定義了瞬時(shí)無功功率、瞬時(shí)有功功率等瞬時(shí)功率量以該理論為基礎(chǔ)，可以得出諧波和無功電流實(shí)時(shí)檢測方法,是很多FACTS裝置的控制理論基礎(chǔ)36從abc到坐標(biāo)系電壓和電流變換坐標(biāo)變換37引入瞬時(shí)有功功率p和瞬時(shí)無功功率q：瞬時(shí)無功功率理論38瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無功電流iq 瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無功電流分別為矢量i在矢量u及其法線上的投影，即：瞬時(shí)無功功率理論391. 最早的諧波電流檢測方法是采用模擬濾波器來實(shí)現(xiàn)的，即采用陷波器(帯阻濾波器)將基波分量濾除，得到諧波分量。缺點(diǎn)：難于設(shè)計(jì)、誤差大、對電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)和元件參數(shù)十分敏感等。隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，開始采用傅里葉分析方法來檢測諧波和無功電流，根據(jù)采集到一個(gè)電源周期的電流值來計(jì)算，需要一定時(shí)間的電流值，且需要進(jìn)行兩次變換，計(jì)算量大，具有較長的延時(shí)，實(shí)時(shí)性不好。3. 基于瞬時(shí)無功功率理論的方法，在只檢測無功電流時(shí)，可以無延時(shí)地得出檢測結(jié)果。瞬時(shí)無功功率理論的應(yīng)用40諧波和無功電流的實(shí)時(shí)檢測p-q法41諧波和無功電流的實(shí)時(shí)檢測p-q法將上述電流與原三相電流相減即可得到各相電流的諧波分量瞬時(shí)無功功率理論42諧波和無功電流的實(shí)時(shí)檢測p-q法當(dāng)同時(shí)補(bǔ)償無功和諧波時(shí)，只需斷開