近年来，柔性直流输电系统在电网中的应用越来越广泛。在研究包含柔性直流输电系统的动态特性和控制问题中，常采用准稳态模型。直流输电系统内部的动态元件包括VSC直流侧电容以及输电线路的等效电感。式中两端VSC注入直流系统的有功功率计算公式为图2.18双端直流系统内部的动态模型综上所述，构成了用于暂态稳定分析的双端主电路模型。......
2023-06-29
柔性交流输电的发展与概况
【摘要】：柔性交流输电系统通常又被称为灵活交流输电系统，其本质是输电的灵活可变、方便可控。由于FACTS控制器响应时间短，使许多紧急事件可以得到有效控制，从而可以防止继发性事故的扩大。由于FACTS的柔性化，许多原来交流输电可行性不大的应用领域如功率调制、延长水下交流输电距离等逐渐成为了可能。
目前，发电系统所发出的电能还无法进行大规模的存储。对于整个电力系统而言，其无功功率和有功功率必须时刻保持动态平衡，因而需要对有关参量进行控制和调节。输电系统的调节物理参量主要有无功功率、有功功率、电流和相角、阻抗等。目前，抑制系统谐振，维持电压和频率等的稳定，公认的有效途径是电力电子技术和先进控制理论的应用。其中，电力电子装置本身具有与外部大系统协调的控制能力，是先进控制和大功率系统的中间和执行环节，是新型输电系统的重要基础装备。
柔性交流输电系统（Flexible Alternate Current Transimission system，FACTS）通常又被称为灵活交流输电系统，其本质是输电的灵活可变、方便可控。FACTS控制器是FACTS输电系统的核心部件，它本身就是一个复杂的设备系统，一般包括主功率电路、控制器及其算法检测与保护电路以及其他辅助系统。FACTS控制器不仅能改善交流输电系统的性能，与以往传统的交流输电系统相比，还具备以下特点：
1）能够实现功率潮流的灵活控制，调节功率的流向和大小，优化其传输路径，减少或消除系统环流，为新型电力市场创造电能的定向输送创造条件。
2）提高输电线路的容量，使之可以接近极限容量安全运行，减少了系统冗余，提高了输电系统的效率。
3）通过进行阻尼振荡，减轻电网和设备的安全威胁，提高系统的稳定性和可靠性。由于FACTS控制器响应时间短，使许多紧急事件可以得到有效控制，从而可以防止继发性事故的扩大。
4）扩展交流输电的应用范围。由于FACTS的柔性化，许多原来交流输电可行性不大的应用领域如功率调制、延长水下交流输电距离等逐渐成为了可能。
综上所述，FACTS将原来基本不可控的输电网变得可以全面控制，使传统的交流输电系统具有更高的柔性和灵活性，满足了电力系统日益增长的安全、可靠和经济运行等目标。
FACTS与传统交流输电系统的根本区别在于：FACTS主要基于高速大容量的电力电子技术，具有更快的响应速度、更好的可控性、更强更为灵活的控制功能，并避免了传统方法的局限性。具体而言：
1）体现在更快的响应速度上是在FACTS技术中，即使基于普通晶闸管的FACTS设备，如静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC），其响应时间也只为1～2个周波；而基于变流器的FACTS控制器，则响应时间更短，为毫秒级。而一般传统解决方案的终端执行环节为机械开关，其动作时间为1～4个工频周期，甚至更长。响应速度快可以带来一系列好处，如更迅速地对系统扰动做出反应，对一些高频的动态过程进行快速调节，另外，还能有利于设计性能好的闭环控制器等。
2）更好的可控性主要体现在FACTS控制器采用的是功率电子器件，能够进行高频率的通、断控制，不存在机械开关分、合闸时引起的拉弧现象；而传统的机械开关不仅动作时间长，落点有可能还不一致而且在每次动作后一般都要等待一定时间后才能再次动作，无法实现在短时间内频繁操作。
3）更强的控制功能主要体现为连续控制能力、更综合和灵活的控制功能。由于机械开关只有闭合和断开（投/切）两种状态，因此，以其为基础的传统解决方法往往只有离散控制能力，如机械式投切并联电容器（Mechanically Switched Capacitor，MSC）只能提供数个台阶的阶梯式无功补偿，固定串联电容器（Fixed Series Capacitor，FSC）的每一个串联补偿电容要么投入要么退出；而FACTS能在其运行范围内连续调节电网的参数，具备连续控制能力，如SVC能提供其容量范围内任意的无功补偿功率，晶闸管控制串联电容器（Thysistor Controlled Series Capacitor，TCSC）能在其可调阻抗内提供连续可控的串联补偿容抗或感抗。同时，传统解决方法，如MSC、FSC，功能单一，控制的灵活性很差，而且会带来其他问题，如FSC可能引起次同步谐振。但FACTS控制器往往具有综合功能。譬如统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，UPFC），它可以同时控制节点电压、等效阻抗、相位差等多个电网参数，对系统的多种稳态特性（如潮流分布、电压调节）和动态性能（如暂态稳定性、电压稳定性、阻尼振荡等）具有控制作用；同时，通过采用不同的控制规律和参数突出FACTS设备的控制功能，具备良好的灵活性。另外，一些基于变流器的FACTS控制器还具备有功补偿能力，如静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）、静止同步串联补偿器（Static Synchronous Series Compensator，SSSC）和UPFC等，可以与储能设备结合，具备补偿有功功率的能力，从而能提供更强大的控制能力。
4）能克服传统解决方法的局限性。将传统的补偿设备，如FSC，改为采用电力电子开关（如晶闸管）进行控制后，就能根据系统需要进行频繁的投切，若再采用适当的控制规律后，不但能够达到补偿的目的，还能有效抑制SSR和低频功率振荡，在提高线路传输能力的同时保证了系统的安全性。
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