基于电力电子变换器技术的柔性交流传输设备（FACTS）.docVIP

基于电力电子变换器技术的柔性交流传输设备（FACTS） 作 者：哈尔滨大电机研究所????王旭辉????黄顺礼 2 facts的定义根据美国电力电子工程协会(ieee)及国际大电网会议(cigre)于1995年的共同认定，facts的定义是:一类以电力电子技术为基础并具有其他静止控制器的交流传输设备，它们能够增强电网的可控能力并增大输电容量。由上述可知，facts就是基于电力电子变换器技术并直接作用于电网的一类快速控制功率设备的集合，它们能调节电网的无功、有功、电抗及相角等参数。 3 facts的种类若根据变换器的换相型式，以及对电网的作用方式(联接方式)来列表分类，facts具有如表1所述的各种装置，具有自然或强迫换相型的高压直流(hvdc)输电系统，也属于该类设备的范畴。表中的静止同步补偿器(statcom)、静止同步串联补偿器(sssc)及统一潮流控制器(upfc)是facts家族中的最关键设备，尤其是前者，它问世于20世纪80年代初，将会取代较其早期出现的、现正在我国推广应用的静止无功补偿器(svc)，而近几年才诞生的后者功能齐全，最具有应用前景。 4 关键装置原理一台国产的statcom的接线图如图1所示，其核心是一台电压型逆变器，直流侧采用可控整流器的直流输出作为电压支撑，交流侧经过升压变压器与电网并联。通过调节逆变器网侧电压与电网电压之间的相角差，达到向电网发送或吸收无功的目的，具体表达式是: 图1 清华大学研制的20mw statcom 式中: q为向电网发送或吸收的无功(mva);r为逆变器与电网之间的等效电阻(ω);up为电网电压(kv);δ为逆变器输出电压与up之间的相角差(°)。改变式(1)中的参数δ，便可实现对电网无功的自动控制补偿。在图1中，把逆变器及与其相联的并联变压器采用多重(4重)方式并联，并互相错开角度，目的是为了改善电子开关器件(gto)的并联运行问题，以及减少对电网的谐波污染。若把上述静止同步补偿器(statcom)中与电网并联的变压器(并联变)改接为与电网串联的变压器(串联变)，便派生了一台表1中所述的静止同步串联补偿器(sssc)，它能实现对被串入线路的电流的快速控制。如果把一台静止同步补偿器(statcom)与一台静止同步串联补偿器(sssc)的直流侧按图2所示方式实行并联，让它们的直流侧共享用一直流电压支撑，便组合并升值成了一台被称之为统一潮流控制器(upfc)，它对被装入线路的电压及电流能同时实施快速控制。 图2 upfc结构原理 5 功能表1所述部分设备作用于电网的具体功能如表2所述。 表2 facts家族部分成员功能表 6 应用实例facts家族部分成员的典型应用实例如表3所述。表中(美)inez变电站中的upfc，不仅具有如表2所述的各项功能，还使系统减少有功损失24mw以上。 7 发展前景作为未来输电系统三大支撑技术之一的电力电子facts技术，已成为各国电力界研究的热点。对于如图3所示的输电系统，热容量极限为6600mw，传统送电的额定容量3700mw，据日本研究，装设了tcbr(800mw)、statcom(900mva)、tcsc(430mva)、upfc(1100mva)及sssc(900mva)后，不仅会大大地提高了系统的稳定性及可靠性，而且输电容量可增加到4500mw。 图3 facts家族应用研究模型 利用facts设备改造输电系统，不仅能充分挖掘原有线路的潜力，而且较新建线路节省投资;随着电力电子技术的进一步发展，尤其是性能和可靠性都优于gto元件的iegt(电子注入增强门极晶体管的发展，这种投资会越来越省。 正在安装中的美国marcy变电站中的csc(可转换静止补偿器)，其接线图如图4所示，被认为是必威体育精装版一代的facts装置，代表着该家族的发展方向，其实质是一种upfc的多重组合，其中作statcom运行的两台100mw并联部分已于2000年分别在两条线路上安装完毕，两台作sssc运行的串联部分于2002年安装完毕，这样不仅能同时实现对多条线路的控制，而且可使线路之间实现240mw的功率交换，从而克服了该地区因环保而不能辐射新线路的困难。 8 结束语随着当今单件容量为4.5kv，3.0ka的iegt技术的进一步发展，facts技术还将向中、低压配电领域扩展，因此，其应用前景将会越来越宽广，在我国的市场潜力更大。 参考文献[1] larsen e.at al.facts overview[j]. ieee catalog. number95. tp108,april 1995.[2] (日)色川彰一.系统安定化装置[j]. facts,1995(7):58-63.[3]