第八章 统一和间接潮流控制器

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1、8组合补偿器：统一潮流控制器（UPFC）和线间潮流控制器（IPFC）8组合型补偿器：统一潮流控制器和线间潮流控制器8.1引言前面已对输电线路3个运行参数中每一种参数的独立控制分别都进行了描述，这些参数包括输电电压、阻抗和相位角，它们决定了输电线路的运行特性。从中可以看出，有两种不同的技术途径来实现其控制，只要功能配置齐全，这两种途径均能解决输电系统的补偿和控制问题。图8-1常规晶闸管控制的FACTS控制器第1种控制器组合采用常规晶闸管开关阀的无功补偿和抽头调压变压器作为控制器件，图8-1即为这组中典型的几个控制器，它们包括静止无功补偿器(SVC)、晶闸管控制

2、串联电容器（TCSC）及晶闸管控制电压调节器和相位角调节器(TCVR和TCPAR)。在电路结构上，它们与断路器开关电容器、电抗器和机械抽头调节器是相似的，但前者具有更快的响应速度，并且是在更为复杂的控制下运行。图8-2基于电压型变流器的FACTS控制器组合第2种控制器组合运用自换相电压型开关变流器，它们能快速地实现静止同步电压源的控制。如图8-2所示，这一组控制器中包含静止同步补偿器(STATCOM)、静止同步串联补偿器(SSSC)、静止同步电压和相角调节器，它们的运行特性和性能与理想的同步电机相似，几乎能提供实时的响应速度和控制特性。当它们挂在电网上并联运

3、行时，几乎可以做到与系统电压无关；或当它们串联在线路中时，也能做到与输电电流无关。但在实际应用中，一般不太用“同步电压调节器”和“同步相角调节器”这两个名词，因为这两个功能通常都能包含在其它控制器之中。这两种方法最主要的区别在于产生无功功率和交换有功功率的能力不同。在第1种控制器中，不同的FACTS控制器具有不同的有功和无功交换能力。如无功补偿器（如SVC和TCSC）不能与交流系统交换有功功率；而对于调节器（如TCVR和TCPAR)而言，若忽略自身的损耗，尽管它们能与交流系统交换有功和无功功率，但它们却不能够产生无功功率，因而也不能提供无功补偿。第2种控制器

4、与同步发电机的能力相似，在它们与交流系统交换有功和无功功率的同时，它们还能够自动产生或吸收用于交换的无功功率，在实现这些相应功能时，也无需交流电容器或交流电抗器。但如果要与438组合补偿器：统一潮流控制器（UPFC）和线间潮流控制器（IPFC）交流系统交换有功功率，则必须由系统或独立的储能设备来提供相应的有功功率。在第5和第6章中已分别对STATCOM和SSSC进行了描述，它们都采用电压型变流器结构，无功补偿电路内部的直流电压都是通过内部自给方式来保证的，而且都是根据同步电压源的原理来实现电压和潮流的有效控制。通过第7章的描述应该了解到，电压和相位角的控制一

5、般都要涉及到与交流系统进行有功和无功功率的交换。因此，对于一个无约束的电压和相位角调节器来讲，它必须能在复平面P+jQ的4个象限中都能运行。而要具备这样的能力，就必须采用两个电压型变流器，其中一个与系统并联，另一个则与输电线路串联。这两个电压型变流器一般应共用一个直流电容器，并通过背靠背的方式将它们连接在一起。其中，串联变流器的容量应能满足串联注入电压在通过线路电流时所对应的总视在功率的要求，它除了将有功功率转换到公共直流端外，自身还应能产生无功功率。并联变流器的功能就是给直流侧提供有功功率，或从直流侧吸收有功功率，将有功功率反馈到交流系统。因此，并联变流器

6、提供有功功率，串联变流器就可以在其额定运行范围内，如同理想交流发电机一样能提供或吸收有功和无功功率。显然，FACTS控制器的这种结构除了具有电压调节和相位角控制、在复平面P+jQ的4个象限运行能力外，而且还能够在任一象限以其内部产生的无功自补方式来支撑所需的无功输出。后面将会了解到，这种背靠背的电压型变流器结构实际上就是一个普通的交–交变流器，它的两个交流端子都能实现4个象限的运行。正是因为它的这一独特性能，使它能成为统一、多功能FACTS控制器的基本结构。本章的目的就是深入了解这种多功能FACTS控制器的潜在应用能力，且这种控制器就是建立在背靠背结构的电压

7、型变流器的基础之上。一般来讲，这种结构有3种可能的基本形式。第1种形式是两个背靠背变流器中的一个与传输线路串联，另一个与传输线路并联，这种结构就是下面将要讨论的统一潮流控制器(UPFC)。虽然UPFC像STATCOM和SSSC那样，可以用各种不同的开关变流器来实现，但这种结构就是UPFC普遍的特定形式。第2种结构形式是将两个背靠背结构的变流器都串联在线路中，而且一般是两条不同的线路，这种结构称为线间潮流控制器(IPFC)，本章的后面将专门对这种结构进行介绍。第3种形式是将两个变流器都与系统并联，且两个系统分别属于不同的系统。这种结构的功能类似于异步连接，有时

8、也将这种结构称为背靠背的STATCOM，它与背靠背的