1、直流输电和直流输电和FACTSFACTS专专题知识题知识自然功率自然功率对于无损耗线路，在传输对于无损耗线路，在传输自然功率自然功率时，线路单位时，线路单位长度电感内吸收的无功功率恰好等于单位长度的长度电感内吸收的无功功率恰好等于单位长度的电容容纳所放出的无功功率，即线路各处无功功电容容纳所放出的无功功率，即线路各处无功功率保持平衡，使得线路首端到末端的功率、电压率保持平衡，使得线路首端到末端的功率、电压都相等都相等如果输送功率如果输送功率大于大于自然功率时，单位长度电感吸自然功率时，单位长度电感吸收的无功将大于电容所放出的无功，导致线路无收的无功将大于电容所放出的无功，导致线路无功不足，末端
2、电压将会功不足，末端电压将会降低降低；反之，当输送功率；反之，当输送功率小于小于自然功率时，单位长度电感吸收的无功将小自然功率时，单位长度电感吸收的无功将小于电容所放出的无功，导致线路无功剩余，末端于电容所放出的无功，导致线路无功剩余，末端电压将会电压将会升高升高。对于远距离交流输电线路，由于稳定条件限制，对于远距离交流输电线路，由于稳定条件限制，使得线路传输功率往往达不到自然功率。使得线路传输功率往往达不到自然功率。直流输电和FACTS专题知识21。高压直流输电（。高压直流输电（HVDC）输电方式的发展输电方式的发展电力工业萌芽阶段，以爱迪生（电力工业萌芽阶段，以爱迪生（18471931）为
3、代表的直）为代表的直流派主张从发电到输电都采用直流，以西屋（流派主张从发电到输电都采用直流，以西屋（18461914）为代表的交流派则主张从发电到输电都采用交流。为代表的交流派则主张从发电到输电都采用交流。由于多台发电机同步运行问题的解决以及变压器、三相感由于多台发电机同步运行问题的解决以及变压器、三相感应电动机的发明和完善，交流系统在经济技术上优越性日应电动机的发明和完善，交流系统在经济技术上优越性日益突出，以致取得主导地位。益突出，以致取得主导地位。如今，直流输电技术进一步发展，优势也逐步体现，如今，直流输电技术进一步发展，优势也逐步体现，HVDC（High Voltage Direct
4、Current）在世界各大电力系）在世界各大电力系统中应用渐增，使得现代电力系统成为交流中包含直流输统中应用渐增，使得现代电力系统成为交流中包含直流输电系统的交直流混联系统。电系统的交直流混联系统。我国第一条大型直流输电线路工程葛洲坝到上海我国第一条大型直流输电线路工程葛洲坝到上海500kV、1080km高压直流输电线路已于高压直流输电线路已于1990年投入运行年投入运行直流输电和FACTS专题知识3 所谓所谓直流输电直流输电是将发电厂发出的交流电用整是将发电厂发出的交流电用整流器变换成直流，经直流线路送至受端，再流器变换成直流，经直流线路送至受端，再经逆变器变换成三相交流后送往用户。经逆变器
5、变换成三相交流后送往用户。直流输电和FACTS专题知识4直流输电系统的原理接线图（双极）换流器换流器换流阀换流阀阀阀阀臂阀臂直流输电和FACTS专题知识5换流站换流站把三相交流把三相交流电电变换成直流电变换成直流电的换流站的换流站逆变站：逆变站：把直流线路送来的直流电变把直流线路送来的直流电变换成交流电的换流站换成交流电的换流站整流站：整流站：极：极：换流站与直流线路的连接端点换流站与直流线路的连接端点直流输电和FACTS专题知识6 特点 只输送有功功率，不输送无功功率只输送有功功率，不输送无功功率 换流阀在运行时，它对交流、直流换流阀在运行时，它对交流、直流 系统两侧都将产生谐波系统两侧都将
6、产生谐波在换流站两侧均必须采用滤除谐波的在换流站两侧均必须采用滤除谐波的措施措施直流输电和FACTS专题知识7 优点优点1.当输送功率相同时当输送功率相同时,其线路造价低其线路造价低线路：线路：2根根架空线路杆塔结构较简单架空线路杆塔结构较简单线路走廊较窄线路走廊较窄2.当输送功率相同时当输送功率相同时,其功率损耗小其功率损耗小直流输电和FACTS专题知识8三相交流三相交流CosIUPaaa32daUU 交流对地电压有效值CosIUdd23输送功率输送功率:双极直流双极直流ddd2IUP 导体允许通过的导体允许通过的交流电流有效值交流电流有效值943.0Cos当当时时daPP 直流对地电压直流
7、对地电压导体允许通过的导体允许通过的电流电流直流输电和FACTS专题知识9 优点优点1.当输送功率相同时当输送功率相同时,其线路造价低其线路造价低3.两端交流电力系统不需要同步运行两端交流电力系统不需要同步运行,输电距离不受电力系统同步运行稳定输电距离不受电力系统同步运行稳定 性的限制性的限制4.直流线路的电压、电流、功率的调节直流线路的电压、电流、功率的调节 比较容易和迅速比较容易和迅速2.当输送功率相同时当输送功率相同时,其功率损耗小其功率损耗小直流输电和FACTS专题知识10 优点优点5.可以实现不同频率或相同频率交流可以实现不同频率或相同频率交流 系统之间的非同步联系系统之间的非同步联
8、系6.直流输电线路在稳态运行时没有电容电流直流输电线路在稳态运行时没有电容电流 沿线电压分布平稳线路电压降较小（仅电阻性压降）线路部分不需要无功补偿装置直流输电和FACTS专题知识11直流输电的主要用途1.远距离大功率输电远距离大功率输电2.海底电缆送电海底电缆送电3.不同频率或相同额定频率非同步运行不同频率或相同额定频率非同步运行 的交流系统之间的联络的交流系统之间的联络4.用地下电缆向用电密度高的城市供电用地下电缆向用电密度高的城市供电直流输电和FACTS专题知识12一.直流输电的接线方式 单极直流输电单极直流输电 单极两线直流输电单极两线直流输电 双极直流输电双极直流输电直流输电和FAC
9、TS专题知识131.单极直流输电特点特点:结构简单，经济结构简单，经济 地电流对地下埋设设备的地电流对地下埋设设备的 金属物腐蚀严重金属物腐蚀严重直流输电和FACTS专题知识14阳极阳极(铁铁)2)(2OHFeOHFe3)(OHFe阴极阴极 222HHe不腐蚀阴极不腐蚀阴极直流输电和FACTS专题知识152.单极两线直流输电 无大地回流所造成的腐蚀问题无大地回流所造成的腐蚀问题直流输电和FACTS专题知识163.双极直流输电直流输电和FACTS专题知识17直流输电的基本原理直流输电的基本原理最简单的直流输电系统，它由直流输电线最简单的直流输电系统，它由直流输电线路、两端的换流站组成。路、两端的
10、换流站组成。换流站中主要设备有：换流器、换流变压换流站中主要设备有：换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、无功补偿设备和断路器。器、无功补偿设备和断路器。功率传输从交流系统功率传输从交流系统1开始，经整流变压器开始，经整流变压器送入整流器变成直流；然后通过直流输电送入整流器变成直流；然后通过直流输电线路送至逆换流器，变成三相交流后再经线路送至逆换流器，变成三相交流后再经逆换流变压器送给交流系统逆换流变压器送给交流系统2。显然，直流。显然，直流线路输送的完全是有功功率。线路输送的完全是有功功率。直流输电和FACTS专题知识18换流变压器换流变
11、压器的作用是通过调节其变比可方便地控的作用是通过调节其变比可方便地控制系统的运行状态。制系统的运行状态。滤波器滤波器的作用是抑制换流器运行时产生的谐波电的作用是抑制换流器运行时产生的谐波电压和谐波电流，以保证电能质量。压和谐波电流，以保证电能质量。平波电抗器平波电抗器（电感值很大）的作用是减小直流线（电感值很大）的作用是减小直流线路中的谐波电压和谐波电流；保证直流电流在轻路中的谐波电压和谐波电流；保证直流电流在轻负荷时的连续，在直流线路发生短路时限制整流负荷时的连续，在直流线路发生短路时限制整流器中的短路电流峰值。器中的短路电流峰值。无功补偿装置无功补偿装置的作用是为换流器提供无功电源，的作用
12、是为换流器提供无功电源，因为换流器运行时需要从交流系统吸收大量的无因为换流器运行时需要从交流系统吸收大量的无功功率，其稳态时吸收的无功约为直流线路输送功功率，其稳态时吸收的无功约为直流线路输送的有功的的有功的50，暂态过程更多。，暂态过程更多。直流输电和FACTS专题知识19换流器换流器的功能是把三相交流电变换成直流电或直流电变换的功能是把三相交流电变换成直流电或直流电变换成三相交流电，前者称为整流，后者称为逆变。相应的换成三相交流电，前者称为整流，后者称为逆变。相应的换流设备称为流设备称为整流器整流器和和逆变器逆变器。换流器中最基本的元件是阀。换流器中最基本的元件是阀元件，现代高压直流输电系
13、统所用的阀元件为普通晶闸管。元件，现代高压直流输电系统所用的阀元件为普通晶闸管。为了满足所需的电压和电流需要，用于直流输电的换流器为了满足所需的电压和电流需要，用于直流输电的换流器可由一个或多个换流桥串并联组成，换流桥为三相桥式换可由一个或多个换流桥串并联组成，换流桥为三相桥式换流电路，有流电路，有6个桥臂，桥臂由阀元件组成。个桥臂，桥臂由阀元件组成。直流输电和FACTS专题知识20可控硅导通条件1.阀承受正向电压阀承受正向电压2.控制极得到控制极得到触发脉冲信号触发脉冲信号1.阀承受反向电压阀承受反向电压2.电流过零电流过零可控硅导通后关断条件直流输电和FACTS专题知识21假设1）三相电源
14、对称）三相电源对称2）平波电抗很大）平波电抗很大,负载电流负载电流Id无纹波无纹波3）可控硅阀）可控硅阀K1K6为理想状态为理想状态导通时压降为零，关断后阻抗为无穷大导通时压降为零，关断后阻抗为无穷大4）换流变压器的等值电感）换流变压器的等值电感 Lc=0，则换相可以，则换相可以 瞬时完成瞬时完成直流输电和FACTS专题知识22直流输电和FACTS专题知识23触发延迟角触发延迟角=0时（阀阳极电压一旦高于阴极电压，便立时（阀阳极电压一旦高于阴极电压，便立即在阀控制极上加触发脉冲，使阀立即导通。即在阀控制极上加触发脉冲，使阀立即导通。）：）：直流输电和FACTS专题知识24K5K6导通K5断开K
15、1开通K6K1导通K6断开K2开通K1K2导通 六组轮流导通过程演示六组轮流导通过程演示直流输电和FACTS专题知识25每一可控硅导通时间为每一可控硅导通时间为1200电角度，每组可控硅导通时间电角度，每组可控硅导通时间600电角度。电角度。六组轮流导通六组轮流导通K5、K6K1、K6K1、K2K3、K2K3、K4K5、K4直流输电和FACTS专题知识26直流输电和FACTS专题知识27触发延迟角触发延迟角0时（阀电压为正后延迟一段时间时（阀电压为正后延迟一段时间再加触发脉再加触发脉冲，即阀延时导通。冲，即阀延时导通。）：）：直流输电和FACTS专题知识28)6/5cos(3)2/cos(3)
16、6/cos(3)cos()3/cos()3/cos(tEeeetEeeetEeeetEetEetEembccbmabbamcaacmcmbma直流输电和FACTS专题知识29直流输出电压平均值直流输出电压平均值 Vdr)()(33tdeeVbadr)()3(333tdtSinCosEm33CosVdo直流输电和FACTS专题知识30 直流输出电压随控制角的增加而减少直流输出电压随控制角的增加而减少当当由由0900时，时，Vdr由由Vd0 0；有功功率从交流系；有功功率从交流系统流向直流系统，换流器为整流状态统流向直流系统，换流器为整流状态当当由由900 1800时，时，Vdr由由0 Vd0；有
17、功功率从；有功功率从直流系统流向交流系统，换流器为逆变状态直流系统流向交流系统，换流器为逆变状态cos0ddrVV直流输电和FACTS专题知识31尽管直流系统只输送有功功率，但同时整流器（其尽管直流系统只输送有功功率，但同时整流器（其00,900）和逆变器（其）和逆变器（其900,1800）都要从交流系）都要从交流系统吸收无功功率。统吸收无功功率。PtdcjQtdc为直流系统从交流系统抽出为直流系统从交流系统抽出功率，功率，PtsjQts为交流系统注入功率。为交流系统注入功率。直流输电和FACTS专题知识32对于实际电路中对于实际电路中Lc不为不为0，相电流不能瞬间，相电流不能瞬间突变，换相是
18、个渐变的过程，需要一定换突变，换相是个渐变的过程，需要一定换相期，所对应的电角度为换相角相期，所对应的电角度为换相角；熄弧角定义为熄弧角定义为；对于对于逆变器逆变器用另外两个角度：用另外两个角度：触发超前角触发超前角熄弧超前角熄弧超前角直流输电和FACTS专题知识34直流系统电压、电流的调节可以采用以下两直流系统电压、电流的调节可以采用以下两种途径。种途径。1.调节触发滞后角调节触发滞后角（整流器）或熄弧超前角（整流器）或熄弧超前角（逆变器）。即通过加到控制极（逆变器）。即通过加到控制极(或控制栅或控制栅)的控制脉冲的相位对电压、电流进行调节，的控制脉冲的相位对电压、电流进行调节，这种调节称控
19、制极调节。这种调节称控制极调节。2.调整换流变压器的分接头改变变压器变比调整换流变压器的分接头改变变压器变比kT，以及改变交流系统电压以及改变交流系统电压Vt1、Vt2。这种方法。这种方法调节速度慢，只做为辅助的调节手段。调节速度慢，只做为辅助的调节手段。直流输电和FACTS专题知识35可见直流输电线路输送的电流和功率可见直流输电线路输送的电流和功率由两端的直流电压所由两端的直流电压所决定决定，与两端交流系统的频率和电压相位无关。，与两端交流系统的频率和电压相位无关。因此可直接通过调节换流桥的触发角（因此可直接通过调节换流桥的触发角（1、2）来快速（可达）来快速（可达110ms）调整两端直流电
20、压的大小，进而调整传输电流和功率。这）调整两端直流电压的大小，进而调整传输电流和功率。这样，由于没有稳定性约束，而且这种调整过程完全是由电子设备样，由于没有稳定性约束，而且这种调整过程完全是由电子设备完成的，因此比交流输电方式更迅速，而且调整幅度更大。可长完成的，因此比交流输电方式更迅速，而且调整幅度更大。可长距离输送大容量的电能。距离输送大容量的电能。电力系统发生紧急功率缺口时应对更灵活快捷。电力系统发生紧急功率缺口时应对更灵活快捷。电力系统暂态过程中，当快速大幅度调整输送功率时，交流系统电力系统暂态过程中，当快速大幅度调整输送功率时，交流系统的原动机并不立即承担全部功率增量，只是系统频率发
21、生相应变的原动机并不立即承担全部功率增量，只是系统频率发生相应变化。系统化。系统1频率下降，系统频率下降，系统2频率升高，相当于先将系统频率升高，相当于先将系统1中所有转中所有转动设备的动能转化为电能传输给了系统动设备的动能转化为电能传输给了系统2，系统，系统1的频率可以在随的频率可以在随后增加原动机出力后逐渐恢复。后增加原动机出力后逐渐恢复。直流输电和FACTS专题知识36直流输电的主要优点直流输电的主要优点1.线路造价低。导线电流密度相同的情况下，输送同样的功线路造价低。导线电流密度相同的情况下，输送同样的功率三相交流输电需三根导线，而直流输电仅需两根导线。率三相交流输电需三根导线，而直流
22、输电仅需两根导线。因而节省了材料，并减少了线路功率损耗（约少因而节省了材料，并减少了线路功率损耗（约少1/3)2.交流输电的主要问题之一是稳定性问题，大容量长距离输交流输电的主要问题之一是稳定性问题，大容量长距离输电将使线路建设投资大大增加。直流输电不仅不存在稳定电将使线路建设投资大大增加。直流输电不仅不存在稳定性问题，与交流输电线路并列运行时还能提高交流系统的性问题，与交流输电线路并列运行时还能提高交流系统的稳定性。直流输电系统可以联结两个不同步或者频率不同稳定性。直流输电系统可以联结两个不同步或者频率不同的交流系统。的交流系统。系统运行的稳定性系统运行的稳定性电力系统中的各同步发电机只有在
23、同步运行电力系统中的各同步发电机只有在同步运行(即所有发电机以相同的速度旋转即所有发电机以相同的速度旋转且转子相对角差较小且转子相对角差较小)状态下，才能使送出的电功率为定值，并维持系统状态下，才能使送出的电功率为定值，并维持系统中任何点的电压、频率和功率潮流为定值。如果某些发电机之间不能维中任何点的电压、频率和功率潮流为定值。如果某些发电机之间不能维持同步运行，其送出的电功率以及相应节点的电压及相应线路的潮流将持同步运行，其送出的电功率以及相应节点的电压及相应线路的潮流将发生大幅度的周期性振荡，如果失去同步的机组之间不能迅速恢复同步，发生大幅度的周期性振荡，如果失去同步的机组之间不能迅速恢复
24、同步，系统的供电质量就无法继续保证，即电力系统失去了稳定运行的状态。系统的供电质量就无法继续保证，即电力系统失去了稳定运行的状态。直流输电和FACTS专题知识373.利用现代控制技术，直流输电通过对换流利用现代控制技术，直流输电通过对换流器的控制可以快速地（毫秒级）调整线路器的控制可以快速地（毫秒级）调整线路上的功率，从而提高交流系统的稳定性。上的功率，从而提高交流系统的稳定性。4.无充电电流，不需为了抑制容性电压升高无充电电流，不需为了抑制容性电压升高而并联电抗器补偿。这点对于海底电缆长而并联电抗器补偿。这点对于海底电缆长距离输电意义特别重要。距离输电意义特别重要。5.可限制短路电流，线路短
25、路暂态过程中电可限制短路电流，线路短路暂态过程中电流不会超过流不会超过2倍额定直流值倍额定直流值直流输电和FACTS专题知识38直流输电的主要缺点直流输电的主要缺点1.换流站造价高换流站造价高2.要消耗较大的无功功率要消耗较大的无功功率3.换流装置在交流侧和直流侧都要产生谐波换流装置在交流侧和直流侧都要产生谐波电压和电流，使变压器和电容器产生附加电压和电流，使变压器和电容器产生附加损耗和发热，并对控制和通信带来干扰损耗和发热，并对控制和通信带来干扰4.没有过零点，熄弧困难，还没有成熟的高没有过零点，熄弧困难，还没有成熟的高压直流断路器压直流断路器直流输电和FACTS专题知识39直流输电的主要缺
26、点：换流站的投资大。然而增直流输电的主要缺点：换流站的投资大。然而增加的这部分投资可因线路投资小而得到补偿。加的这部分投资可因线路投资小而得到补偿。交、直流系统输电功率相交、直流系统输电功率相同的情况下，直流输电达到同的情况下，直流输电达到一定距离时，建设换流站多一定距离时，建设换流站多花费的投资恰好被直流输电花费的投资恰好被直流输电线路节省的投资完全补偿，线路节省的投资完全补偿，则称这个距离为交、直输电则称这个距离为交、直输电的等值距离。随着电力电子的等值距离。随着电力电子技术的进步，直流输电技术技术的进步，直流输电技术的关键元件换流阀的耐压值的关键元件换流阀的耐压值和过流量大大提高，造价大
27、和过流量大大提高，造价大幅下降，直流输电经济性优幅下降，直流输电经济性优势日益显著。势日益显著。直流输电和FACTS专题知识40高压直流输电主要用于高压直流输电主要用于:1.远距离大功率输电；远距离大功率输电；2.海底电缆输电（如向海岛输电）；海底电缆输电（如向海岛输电）；3.通过地下电缆向大城市供电；通过地下电缆向大城市供电；4.交流系统互连。不同额定频率系统间或非同步运行的系交流系统互连。不同额定频率系统间或非同步运行的系统联络（既要实现联网又要保持各自相对独立性）；统联络（既要实现联网又要保持各自相对独立性）；5.配合新能源发电。如风力发电、太阳能发电等这些发电配合新能源发电。如风力发电
28、、太阳能发电等这些发电方式不能保证工业频率，需先整流成直流传输然后逆变方式不能保证工业频率，需先整流成直流传输然后逆变成工频交流，以实现与交流系统并联运行成工频交流，以实现与交流系统并联运行交直流混联系统潮流计算数学模型交直流混联系统潮流计算数学模型基本思路基本思路是先将所有换流器及其后的直流系统用从换流是先将所有换流器及其后的直流系统用从换流器所连接的直流节点抽出或注入的功率器所连接的直流节点抽出或注入的功率PtdcjQtdc等值，等值，从而使混联系统等效成为一个纯交流网络，然后用纯交从而使混联系统等效成为一个纯交流网络，然后用纯交流系统的潮流计算方法求解流系统的潮流计算方法求解直流输电和F
29、ACTS专题知识412。柔性交流输电系统（。柔性交流输电系统（FACTS）对于新建输电线路，可采用对于新建输电线路，可采用HVDC解决长距离大容量输电解决长距离大容量输电问题，但对于现有交流输电系统，应该尽可能提高其输电问题，但对于现有交流输电系统，应该尽可能提高其输电能力。由于已建成的输电系统中交流线路远远多于直流线能力。由于已建成的输电系统中交流线路远远多于直流线路，因而对现有交流线路进行性能改进比新建直流线路经路，因而对现有交流线路进行性能改进比新建直流线路经济上更可行。济上更可行。柔性交流输电系统（柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System）也称柔
30、性输电技术或灵活输电技术，也称柔性输电技术或灵活输电技术，是指利用大功率电力是指利用大功率电力电子元器件构成的装置来控制或调节交流电力系统的运行电子元器件构成的装置来控制或调节交流电力系统的运行参数或网络参数从而优化电力系统的运行状态，提高电力参数或网络参数从而优化电力系统的运行状态，提高电力系统输电能力的技术。系统输电能力的技术。是综合电力电子技术、微处理和微是综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术。制交流输电的新技术。显然显然HVDC也满足这一定义，但也满足这一定义，但HVDC本身已
31、发展成为一项专门的输电技术，故本身已发展成为一项专门的输电技术，故FACTS一一般不包括直流输电技术。般不包括直流输电技术。柔性交流输电系统的建设，并非要毁掉原有的输电系统，柔性交流输电系统的建设，并非要毁掉原有的输电系统，而是在原有的交流输电系统中根据需要选择利用灵活而是在原有的交流输电系统中根据需要选择利用灵活交流输电系统技术及功率电子设备，加以逐步改造形成柔交流输电系统技术及功率电子设备，加以逐步改造形成柔性交流输电系统。性交流输电系统。直流输电和FACTS专题知识42FACTS产生和应用背景产生和应用背景1.电力负荷不断增长使现有输电系统在现有的运行控制技电力负荷不断增长使现有输电系统
32、在现有的运行控制技术下已不能满足长距离大容量输送电能的需要术下已不能满足长距离大容量输送电能的需要2.环保的需要使得架设新输电线路受到线路走廊短缺的制环保的需要使得架设新输电线路受到线路走廊短缺的制约，因此挖掘已有输电网络的潜力提高其输送能力更为约，因此挖掘已有输电网络的潜力提高其输送能力更为行之有效行之有效3.大功率电力电子元器件制造技术日益发展，价格下降，大功率电力电子元器件制造技术日益发展，价格下降，使得使得FACTS经济技术上成为可能经济技术上成为可能4.计算机和控制技术的发展为计算机和控制技术的发展为FACTS发挥其快速、灵活的发挥其快速、灵活的调整控制作用提供了有力支持调整控制作用
33、提供了有力支持5.上世纪八十年代中期，美国电力科学研究院（上世纪八十年代中期，美国电力科学研究院（EPRI）N.G.Hingorani博士首次提出博士首次提出FACTS概念：概念：应用大功率、应用大功率、高性能的电力电子元件制成可控的有功或无功电源以及高性能的电力电子元件制成可控的有功或无功电源以及电网的一次设备等，以实现对输电系统的电压、阻抗、电网的一次设备等，以实现对输电系统的电压、阻抗、相位角、功率、潮流等的灵活控制，将原基本不可控的相位角、功率、潮流等的灵活控制，将原基本不可控的电网变得可以全面控制。电网变得可以全面控制。从而大大提高电力系统的高度从而大大提高电力系统的高度灵活性和安全
34、稳定性，使得现有输电线路的输送能力大灵活性和安全稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提高。大提高。直流输电和FACTS专题知识43FACTS的作用的作用对已建成的不包含柔性输电设备的传统电力系统对已建成的不包含柔性输电设备的传统电力系统而言，输电线路的参数是固定的，而言，输电线路的参数是固定的，系统运行时可系统运行时可快速调整控制的主要是发电机的有功功率和无功快速调整控制的主要是发电机的有功功率和无功功率。功率。而对于输电网络而言，尽管可以通过串联电容补而对于输电网络而言，尽管可以通过串联电容补偿以减小线路电抗值，安装并联电容器或电抗器、偿以减小线路电抗值，安装并联电容器或电抗器、静止并联补
35、偿器和有载调压变压器等以控制节点静止并联补偿器和有载调压变压器等以控制节点电压，利用移相器以改变线路两端的电压相位差，电压，利用移相器以改变线路两端的电压相位差，但由于这些设备相应控制操作都是通过但由于这些设备相应控制操作都是通过机械装置机械装置完成，调整速度和效果难以满足系统暂态过程中完成，调整速度和效果难以满足系统暂态过程中的要求。因此的要求。因此传统电力系统对输电网络参数基本传统电力系统对输电网络参数基本没有快速灵活的调整手段。没有快速灵活的调整手段。直流输电和FACTS专题知识44输电线路输送电能存在输电线路输送电能存在热稳极限热稳极限，这主要由导线，这主要由导线截面积决定；另外还存在
36、交流系统截面积决定；另外还存在交流系统同步运行稳定同步运行稳定极限极限，它与全系统网络结构、运行方式、控制手，它与全系统网络结构、运行方式、控制手段等诸多因素有关。传统电力系统由于段等诸多因素有关。传统电力系统由于缺乏对输缺乏对输电网络快速灵活的控制手段电网络快速灵活的控制手段使得线路的同步稳定使得线路的同步稳定极限通常远小于热稳极限，这就意味着传统输电极限通常远小于热稳极限，这就意味着传统输电线路的输送电能能力并没有充分发挥。线路的输送电能能力并没有充分发挥。FACTS正是基于这一事实，正是基于这一事实，在输电网络中引入由在输电网络中引入由电力电子元器件构成的装置，电力电子元器件构成的装置，
37、以实现对输电网络以实现对输电网络的的快速灵活控制快速灵活控制，从而与对发电机的各种快速控，从而与对发电机的各种快速控制相匹配以提高已有输电网络的输电能力。制相匹配以提高已有输电网络的输电能力。直流输电和FACTS专题知识45柔性交流输电系统的主要功能有如下几点：柔性交流输电系统的主要功能有如下几点：1.能在较大范围有效地控制潮流；能在较大范围有效地控制潮流；2.线路的输送能力可增大至接近导线的热极限，例线路的输送能力可增大至接近导线的热极限，例如：一条如：一条500kV线路的安全送电极限为线路的安全送电极限为10002000kW，线路的热极限为，线路的热极限为3000kW，采用，采用FACTS
38、技术后，可使输送能力提高技术后，可使输送能力提高50%100%；3.备用发电机组容量可从典型的备用发电机组容量可从典型的18%减少到减少到15%，甚至更少；甚至更少；4.电网和设备故障的危害可得到限制，防止线路串电网和设备故障的危害可得到限制，防止线路串级跳闸，以避免事故扩大；级跳闸，以避免事故扩大；5.易阻尼消除电力系统振荡，提高系统的稳定性。易阻尼消除电力系统振荡，提高系统的稳定性。直流输电和FACTS专题知识46FACTS装置装置1.已在实际工程中大量应用的如：静止无功发生器已在实际工程中大量应用的如：静止无功发生器（SVC）、晶闸管控制的串联电容器（）、晶闸管控制的串联电容器（TCSC
39、）、静止）、静止同步补偿器（同步补偿器（STATCOM）2.已有工业样机但仍处于研究阶段的如：统一潮流控制器已有工业样机但仍处于研究阶段的如：统一潮流控制器（UPFC）3.刚提出原理设计的如：静止同步串联补偿器（刚提出原理设计的如：静止同步串联补偿器（SSSC）、）、晶闸管控制的移相器（晶闸管控制的移相器（TCPST）FACTS技术（技术系统应用技术及其控制器技术）已被技术（技术系统应用技术及其控制器技术）已被国内外一些权威的输电工作者预测确定为国内外一些权威的输电工作者预测确定为“未来输电系未来输电系统新时代的三项支持技术（柔性输电技术、先进的控制统新时代的三项支持技术（柔性输电技术、先进的
40、控制中心技术和综合自动化技术）之一中心技术和综合自动化技术）之一”。近年来，柔性输电技术不断发展，应用越来越多，中国近年来，柔性输电技术不断发展，应用越来越多，中国也正在逐步发展和应用这些技术。也正在逐步发展和应用这些技术。直流输电和FACTS专题知识47研究发展研究发展高压直流输电和柔性输电的基本特点都是高压直流输电和柔性输电的基本特点都是控制十分迅速控制十分迅速，因此含有，因此含有HVDC线路或线路或FACTS装置的电力系统的稳态和动态调控装置的电力系统的稳态和动态调控手段都大大加强。同时，也使得选择合适手段都大大加强。同时，也使得选择合适的控制策略将对改善电力系统的动态特性的控制策略将对改善电力系统的动态特性极为重要，目前研究极为重要，目前研究HVDC或或FACTS在各在各种运行工况下的分析方法、控制技术及含种运行工况下的分析方法、控制技术及含HVDC或或FACTS的电力系统潮流计算方法的电力系统潮流计算方法和控制策略正成为电力科学研究的一个重和控制策略正成为电力科学研究的一个重要领域。要领域。直流输电和FACTS专题知识48
