1、柔性交流傳動技術(shù)，簡介，曲，講師：曲，2000年7月在燕山大學(xué)獲得電力系統(tǒng)及自動化專業(yè)學(xué)士學(xué)位，留校任教，2003年4月在燕山大學(xué)獲得電力電子與電力傳動專業(yè)碩士學(xué)位，2010年1月在清華大學(xué)獲得電機工程專業(yè)博士學(xué)位。辦公室：電氣C樓307(后)；email : ysu _；電話參考教科書：柔性交流傳動系統(tǒng)的原理和應(yīng)用。謝曉蓉。清華大學(xué)出版社。靈活的交流傳動系統(tǒng)。程。機械工業(yè)出版社。靈活交流傳輸技術(shù)的定義，facts，F(xiàn)lexible and Flexible，AC，Transmission System，F(xiàn)lexible，F(xiàn)lexible AC Transmissio

2、n System，1997，International Power Engineering Society(PES):包含基于電力電子和其他靜態(tài)控制器的交流傳輸系統(tǒng)，以增強可控性和提高電力傳輸能力。交流輸電系統(tǒng)與電力電子設(shè)備或其他靜態(tài)控制器相結(jié)合，可以提高電力系統(tǒng)的可控性，增加輸電能力。靈活交流輸電技術(shù)的定義，是以現(xiàn)代大功率電子技術(shù)組成的FACTS控制器為基礎(chǔ)，結(jié)合先進的控制理論和計算機信息處理技術(shù)，可以實現(xiàn)對運行參數(shù)和變量(如電壓、相角、阻抗、潮流等)更快速、連續(xù)和頻繁的調(diào)整。)組成的交流輸電網(wǎng)，即所謂的柔性(或柔性)輸電控制，從而提高輸電系統(tǒng)的運行效率、穩(wěn)定性和可靠性。柔性交流輸電的基礎(chǔ)是

3、大功率電子技術(shù)，核心是FACTS控制器，關(guān)鍵是輸電網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和變量的柔性控制。靈活交流輸電技術(shù)的定義，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的主要特征，各種一次能源發(fā)電：火電、水電、核電、風(fēng)電、太陽能和地?zé)崮?。機組增容：美國坎伯蘭電廠，單機容量1300兆瓦的超臨界火電機組；中國三峽水電站，單機容量700兆瓦的水電機組。高壓、長距離和大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)傳輸：如美國和加拿大聯(lián)合電網(wǎng)和西歐聯(lián)合電網(wǎng)；中國已經(jīng)完成了東北、華北、華中、華東和華南五個地區(qū)的交流/DC電網(wǎng)互聯(lián)。重視電能質(zhì)量：電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、電能質(zhì)量、供電質(zhì)量和電磁兼容性。輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的主要特點已經(jīng)大大提高了自動化水平：主要為系統(tǒng)的二次側(cè)、勵磁控

4、制、繼電保護、EMS/SCADA、廣域測量系統(tǒng)等。電力行業(yè)引入市場化機制：發(fā)電廠與電網(wǎng)分離，網(wǎng)上競價。面臨新的外部環(huán)境約束：環(huán)境污染、能源生產(chǎn)區(qū)和利用區(qū)分布不均衡、電力設(shè)施占用土地資源；停電的災(zāi)難性后果：2003年，美國-加拿大電網(wǎng)停電，涉及美國8個州和加拿大兩個省，直接經(jīng)濟損失達數(shù)百億美元。輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)，現(xiàn)代電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)，系統(tǒng)規(guī)劃和資源配置的優(yōu)化：如何充分利用低成本發(fā)電資源，采用高效率的大型發(fā)電機組，使發(fā)電成本最小化；互聯(lián)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)、組織、運行和管理：如何利用不同區(qū)域負荷時間特性的差異，減小全網(wǎng)的峰谷負荷差異，實現(xiàn)區(qū)域間的功率平衡和經(jīng)濟調(diào)度。大系統(tǒng)的動態(tài)行為和安全性分析：潮流

5、控制問題；提高穩(wěn)定性以增加傳輸容量。輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)、潮流控制的基本概念、輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)、忽略線路損耗帶來的挑戰(zhàn)、輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)、潮流控制的必要性、輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)以及潮流控制的必要性使得線路在其當(dāng)前承載范圍內(nèi)運行輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)潮流控制方法電力系統(tǒng)的潮流由電源、負載和網(wǎng)絡(luò)決定。負載(除了少量負載可以通過本地?zé)o功功率或/和有功功率可控補償)通常是不可控的；大型電源的布局是在電網(wǎng)規(guī)劃過程中確定的。投入運行后，其輸出主要由系統(tǒng)調(diào)度和單元控制動態(tài)調(diào)整，在一定程度上可以控制電網(wǎng)的潮流；分布式發(fā)電雖然具有良好的可控性和靈活性，但容量小，對主電網(wǎng)的潮流控制能力弱。通常，輸

6、電網(wǎng)絡(luò)是可以調(diào)整的。輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)，新建輸電線路的潮流控制方法，串聯(lián)阻抗補償(串聯(lián)電容)的潮流控制方法，輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)，串聯(lián)阻抗補償(串聯(lián)電感)的潮流控制方法，輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)，采用移相器的潮流控制方法。潮流控制方法采用線路中間并聯(lián)無功補償，給輸電網(wǎng)互聯(lián)帶來挑戰(zhàn)，潮流控制方法采用集成潮流控制器(UPFC、IPFC)，比較各種潮流控制方法，輸電網(wǎng)互聯(lián)帶來挑戰(zhàn)，提高輸電能力。限制電網(wǎng)輸電能力的主要因素有熱穩(wěn)定極限、設(shè)備絕緣極限、理想線路的輸電功率極限、電力系統(tǒng)穩(wěn)定極限、輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)以及與溫升上限相對應(yīng)的熱穩(wěn)定極限的輸電功率。輸電能力主要受電網(wǎng)架空線路熱容量的限制。架

7、空線路的熱容量是許多因素的函數(shù)，例如導(dǎo)線的物理參數(shù)、環(huán)境溫度、風(fēng)況、運行歷史和離地高度。實際運行中的傳輸容量遠遠低于熱穩(wěn)定性極限，并且存在很大的冗余。傳輸網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)、設(shè)備絕緣極限增加傳輸功率時，必須確保所有設(shè)備在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程中均在允許電壓極限(不超過額定值的10%)內(nèi)工作。電力設(shè)備的絕緣設(shè)計通常是多余的，電網(wǎng)的運行電壓受到嚴格的限制，因此在穩(wěn)態(tài)運行時電壓限制不會被打破。應(yīng)注意確保動態(tài)和瞬時電壓在限制范圍內(nèi)。采用無縫避雷器并在變電站安裝過電壓抑制器，可以大大提高線路和變電站的耐壓能力。輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)、理想線路的極限輸電功率(靜態(tài)穩(wěn)定極限功率)、輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)、電力系統(tǒng)穩(wěn)

8、定性限制對于發(fā)電機來說，要求在一定的電壓和頻率約束下保持同步運行；對于負載，需要將其電壓保持在正常范圍內(nèi)。穩(wěn)定性包括靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性。由于電力設(shè)備的熱穩(wěn)定極限和絕緣極限一般都比較保守，穩(wěn)定性是長期限制電網(wǎng)輸電能力的最現(xiàn)實的因素。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性限制了單回路常規(guī)500千伏交流輸電線路。目前，其自然功率、典型熱穩(wěn)定極限和受穩(wěn)定約束的實際運行功率分別為1000兆瓦、3000兆瓦和6001700兆瓦(美國平均為1000兆瓦，中國約為800兆瓦)。提高系統(tǒng)穩(wěn)定性是提高輸電能力的主要內(nèi)容，其最終目標(biāo)是將輸電能力提高到熱穩(wěn)定性和絕緣極限。傳輸網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的挑戰(zhàn)以及提高傳輸容量的方法。在規(guī)劃階段，應(yīng)合理

9、安排供電和電網(wǎng)，如建設(shè)適當(dāng)數(shù)量的輸電線路，建立更緊密連接的電網(wǎng)，合理布置變電站，采用更快的斷路器。對于主體已經(jīng)確定的電網(wǎng)，采取各種控制措施來提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，包括增加一些新的控制方程機械開關(guān)的局限性：速度慢(2080毫秒)，只能在靜態(tài)條件下控制功率流，缺乏足夠的控制動態(tài)穩(wěn)定性的能力，要求系統(tǒng)保持較大的穩(wěn)定儲備；短時間內(nèi)不能頻繁操作，限制了系統(tǒng)連續(xù)快速控制的能力；它還可能導(dǎo)致次同步諧振等問題；衰老很快，生命有限。1986年，美國電力研究所的辛戈拉尼博士提出了FACTS的概念。1997年，IEEE/PES成立了一個專門的事實真相小組委員會，并成立了一個事實真相工作組。1999年，清華大學(xué)在中國

10、開發(fā)了第一個靜止同步補償器。2001年，紐約電力局將容量迄今最大的200兆瓦靜止同步補償器投入運行?；陔娏﹄娮蛹夹g(shù)的FACTS控制器系統(tǒng)或其他靜態(tài)設(shè)備的定義可以控制交流輸電系統(tǒng)的一個或一些參數(shù)。FACTS控制器基于電力電子技術(shù)，還有其他可能的選擇。FACTS控制器是柔性交流傳動技術(shù)的核心。FACTS控制器的基本類型串聯(lián)FACTS控制器相當(dāng)于一個與線路串聯(lián)的電壓源。通過調(diào)節(jié)電壓源的幅值和相位，可以改變輸出無功功率甚至有功功率，并且可以直接改變電路的等效參數(shù)。FACTS控制器、FACTS控制器和FACTS控制器串聯(lián)FACTS控制器在控制潮流、提高暫態(tài)穩(wěn)定性和抑制振蕩方面有很好的效果。由于串聯(lián)在輸

11、電線路上，串聯(lián)FACTS控制器必須能夠在短時間內(nèi)有效處理緊急和動態(tài)過載電流以及大量短路電流。晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC)、晶閘管控制串聯(lián)電抗器(TCSR)和靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)。事實控制器的基本類型并行事實控制器相當(dāng)于在連接點注入系統(tǒng)的電流源。通過改變電流源輸出電流的幅值和相位，可以改變輸出無功功率甚至有功功率，從而達到間接調(diào)節(jié)電網(wǎng)潮流的目的。事實控制器的基本類型并聯(lián)事實控制器在控制潮流方面不如串聯(lián)事實控制器有效；然而，它在維持變電站中的母線電壓方面更具成本效益，并且它補償母線節(jié)點而不是單線。靜止無功補償器(SVC)、靜止同步補償器(STATCOM)、靜止同步發(fā)電機(SSG)、晶

12、閘管控制制動電阻(TCBR)等。FACTS控制器的基本類型串聯(lián)FACTS控制器：(1)幾個獨立的串聯(lián)FACTS控制器通過一定的協(xié)同控制方法進行組合和協(xié)調(diào)；(2)在不同電路上串聯(lián)的兩個或更多轉(zhuǎn)換器的DC側(cè)連接在一起，成為IPFC。FACTS控制器的基本類型是串并聯(lián)FACTS控制器：(1)多個獨立的串并聯(lián)FACTS控制器組合在一起，通過控制協(xié)同工作；(2)連接串聯(lián)和并聯(lián)控制器的DC側(cè)，形成UPFC。FACTS控制器的基本類型是基于晶閘管控制/開關(guān)型：用晶閘管(單向)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械開關(guān)作為功率開關(guān)器件，以獲得更靈活的控制特性。本質(zhì)上，它繼承了傳統(tǒng)機械開關(guān)補償器的基本原理。(SVC，TCSC，TCSR

13、)基于變換器類型：它采用雙向可控電力電子元件組成能量變換器，獲得可控電壓源或電流源，這與傳統(tǒng)的機械開關(guān)開關(guān)補償器有本質(zhì)的不同。(STATCOM、SSSC、UPFC)、UPFC優(yōu)勢(FACTS)和更快的響應(yīng)速度。即使是基于普通晶閘管的FACTS設(shè)備，三相的總響應(yīng)時間也能達到1/3周期?；谧儞Q器的FACTS控制器響應(yīng)時間較短，達到毫秒級，甚至在整個控制過程中可以忽略不計。FACTS的優(yōu)點，更頻繁的控制，連續(xù)的控制能力機械開關(guān)只有兩種狀態(tài)的切換和只有離散的控制能力。FACTS能在運行范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)電網(wǎng)參數(shù)，并具有連續(xù)控制能力。FACTS的優(yōu)點是控制功能更加全面和靈活，UPFC可以同時控制節(jié)點電壓、等效阻抗和相位差等多個電網(wǎng)參數(shù)，對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)性能有控制作用；不同的控制規(guī)則和參數(shù)可以用來切換或突出FACTS設(shè)備的控制功能