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柔性交流输电技术的发展及其应用

www.cechina.cn2009.05.11阅读 4532

  柔性交流输电技术(flexible alternative current transmission systems,FACTS)是将电力电子技术、微处理机技术和控制技术等高新技术集中应用于高压输变电系统,以提高输配电系统可靠性、可控性、运行性能和电能质量并获取大量节电效益的一种新型综合技术。早期受电力电子设备发展的限制,使FACTS技术在经济上和运行可靠性方面优势不明显。随着大功率高电压电力电子技术、微处理机技术和控制技术在近十几年的高速发展和日益成熟稳定,FACTS技术可靠性有了大大的提高,造价也不断降低,使直接对高电压大功率的输电系统进行可靠和快速控制已成为可能,而与电力电子元器件配套的驱动回路、保护和冷却等辅助技术也日趋完善,使FACTS技术逐步进入了实用阶段。
  1FACTS 技术的发展和现状
  柔性交流输电系统的概念是由美国电力科学研究院N. G. Hingorani博士于1988年首先提出的控制工程网版权所有,在此以前出现的静止无功补偿设备(static var compensator, SVC)也属于此范筹。1997年IEEE PES冬季会议上正式对FACTS做了定义。从早期出
现的SVC开始,FACTS技术的发展经历了20多年。按其性能和功能的不同可划分为以下三代,而是否含有常规电力器件(电容器和电抗器,抽头,抽头变压器等)可以说是FACTS技术发展的分界线。
  a) 第一代FACTS技术
  从20多年前就出现的SVC开始,主要由晶闸管开关快速控制的电容器和电抗器组成的装置,以提供动态电压支持,其技术基础是常规晶闸管整流器(semiconductor controlled rectifier,SCR),后来出现的第一代FACTS装置是晶闸管控制的串联电容器(thyristorcontrolled series compensatorwww.cechina.cn,TCSC),它利用SCR控制串接在输电线路中的电容器组来控制线路阻抗,从而提高输送能力。
  b) 第二代FACTS 技术
  这一代装置同样具有支持电压和控制功率等功能,但在外部回路中不需要加设大型的电力设备(指电容器和电抗器组或移相变压器等)。这些新装置如静止无功发生器(static compensator,STATCOM)和串联补偿器(solidstate series compensatorwww.cechina.cn, SSSC)设备采用了门极可关断设备(gate turn off thristor控制工程网版权所有, GTO;insulated gate bipolar transistor, IGBT)等一类全控型器件控制工程网版权所有,起电子回路模拟出电容器和电抗器组的作用, 装置造价大大降低控制工程网版权所有,性能却明显提高。
  c) 第三代FACTS 技术
  将两台或多台控制器复合成一组FACTS装置,并使其具有一个共同的、统一的控制系统。如将一台STATCOM和一台SSSC复合而成的综合潮流控制器(unified power flowcontroller,UPFC),它可以控制线路阻抗,电压或功角的方法同时控制输电线路的有功和无功潮流。调节双回路潮流的线间潮流控制器(interphase power flow controller, IFPC)和可控移相器(thyristorcontrolled phase angle regulator, TCPR)都属于复合控制器。
  FACTS技术用于配电领域也取得了显著进展, 它主要用于改善配电网的电压和电流质量,包括有功、无功电压、电流的控制、高次谐波的消除,蓄能等应用。目前已开发的装置有SVC、配电静止补偿器(DSTATCOM)、电池蓄能器(BESS)、超导蓄能(SMES)、有源电力滤波器(APF)、动态电压限制器(DVL)及固态断路器(SSCB)等。在此,主要介绍输电用的FACTS技术。
  2FACTS技术的分类及其技术原理
  FACTS技术按其接入系统方式可分为并联型,串联型和综合型。并联型FACTS设备包括SVC和STATCOM(SVG),主要用于电压控制和无功潮流控制;串联型FACTS包括可控串补(TCSC)和基于GTO的串联补偿器(SSSC),主要用于输电线路的有功潮流控制、系统的暂态稳定和抑制系统功率振荡;综合型FACTS设备主要包括潮流控制器(UPFC)和可控移相器(TCPR),UPFC适用于电压控制、有功和无功潮流控制、暂态稳定和抑制系统功率振荡,TCPR适用于系统的有功潮流控制和抑制系统功率振荡。各种类型设备的技术原理介绍如下:
  2.1并联型FACTS装置
  典型的并联型FACTS装置是SVC和STATCOM,它们代表了FACTS技术发展的两个阶段:
  SVC是指由固定电容器组、晶闸管控制的电容器组(TSC)和电抗器组(TCR)组合成的无功补偿系统。通过调节TCR和TSC,使整个
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