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1、FACTSFACTS装置名称装置名称 FACTSFACTS装置元器件性能装置元器件性能 接入接入方式方式有有功功控控制制 无无功功控控制制 电电压压控控制制 电电流流控控制制 无无功功补补偿偿 谐谐波波抑抑制制 暂暂态态稳稳定定 电电压压稳稳定定 抑制抑制故障故障电电流流 SVCSVC（静止无功（静止无功补偿补偿器）器） 并联并联 STATCONSTATCON（静止同步（静止同步补偿补偿器）器） 并联并联 TCBRTCBR（晶控制（晶控制动动阻抗）阻抗） 并联并联 SSSCSSSC（静止同步串（静止同步串联补偿联补偿器）器） 串联串联 TCSCTCSC（晶控串（晶控串联电联电抗器）抗器） 串联
2、串联 TCSRTCSR（晶控串（晶控串联电联电抗器）抗器） 串联串联 TCVLTCVL（晶控（晶控电压电压限制器）限制器） 串联串联 TCPARTCPAR（晶控相角（晶控相角调节调节器）器） 串联串联 TCPSTTCPST（晶控移相器）（晶控移相器） 串联串联 UPFCUPFC（统统一潮流控制器）一潮流控制器） 混合混合 9/6/20241FACTS装置元器件性能 接入方式有功控制 无功控制 电压控9/6/2024210/1/20222SVC9/6/20243SVC10/1/20223STATCOM9/6/20244STATCOM10/1/20224TCSC（晶闸管控制串联补偿器）（晶闸管控制
3、串联补偿器）9/6/20245TCSC（晶闸管控制串联补偿器）10/1/20225SSSC（静止同步串联补偿器）（静止同步串联补偿器）9/6/20246SSSC（静止同步串联补偿器）10/1/20226UPFC（统一潮流控制器）（统一潮流控制器）9/6/20247UPFC（统一潮流控制器）10/1/202279/6/2024810/1/20228无功补偿技术的主要作用及现状n提高负载和系统的功率因数，减少设备的功率损耗，稳定提高负载和系统的功率因数，减少设备的功率损耗，稳定电压，提高供电质量。在长距离输电中，提高系统输电稳电压，提高供电质量。在长距离输电中，提高系统输电稳定性和输电能力，平衡三
4、相负载的有功和无功功率等。定性和输电能力，平衡三相负载的有功和无功功率等。n国内电网采用的补偿技术主要是电容集中补偿与就地补偿。国内电网采用的补偿技术主要是电容集中补偿与就地补偿。就地补偿技术主要适用于负荷稳定，不可逆且容量较大的就地补偿技术主要适用于负荷稳定，不可逆且容量较大的异步电动机补偿异步电动机补偿(如风机、水泵等如风机、水泵等)，其它各种场合仍主要，其它各种场合仍主要采用集中补偿技术。采用集中补偿技术。n由于性价比较高，目前我国广泛使用的是静止补偿器由于性价比较高，目前我国广泛使用的是静止补偿器(SVC)。 9/6/20249无功补偿技术的主要作用及现状提高负载和系统的功率因数，减少
5、设常用无功补偿调压措施常用无功补偿调压措施n发电机：在系统低谷负荷时进相运行（欠励磁运行），发发电机：在系统低谷负荷时进相运行（欠励磁运行），发有功而吸无功。有功而吸无功。n 但进相运行对系统的静态稳定和发热有不良影响，运行但进相运行对系统的静态稳定和发热有不良影响，运行中限制较严。中限制较严。n调相机：专门设计的无功功率发电机，过励磁运行供给无调相机：专门设计的无功功率发电机，过励磁运行供给无功，欠励磁运行吸收无功。功，欠励磁运行吸收无功。n 但但 高，起动、运行、维修复杂，动态响应调节慢，只高，起动、运行、维修复杂，动态响应调节慢，只能用于三相平衡的补偿。能用于三相平衡的补偿。n并联电容器
6、：当系统无功不足时，装在无功负荷的中心，并联电容器：当系统无功不足时，装在无功负荷的中心，做到无功就地平衡。做到无功就地平衡。 小，运行经济，结构简单，维护方小，运行经济，结构简单，维护方便，适用性强。便，适用性强。n 但不能连续调节，受系统电压影响大，对高次谐波有放但不能连续调节，受系统电压影响大，对高次谐波有放大现象，谐波电流过大时，可能引起爆炸。大现象，谐波电流过大时，可能引起爆炸。n并联电抗器：用在超高压（并联电抗器：用在超高压（330kV及以上）线路上，并在及以上）线路上，并在线路末端或中间，吸收充电功率。线路末端或中间，吸收充电功率。9/6/202410常用无功补偿调压措施发电机：
7、在系统低谷负荷时进相运行（欠励磁SVC的基本结构的基本结构 TCR FC TCR TSC FC TCRFC型 TCRTSCFC型 9/6/202411SVC的基本结构10/1/202211提高负载和系统的功率因数，减少设备的功率损耗，稳定电压，提高供电质量。与谐振点对应的控制触发延迟角acri的大小由电容和电感的参数决定。并联电抗器：用在超高压（330kV及以上）线路上，并在线路末端或中间，吸收充电功率。在系统受到大的扰动时,可迅速调整晶闸管的触发角,改变串联电容的补偿度。TCBR（晶控制动阻抗）SSSC与TCSC不同之处：在接线形式上两种串补并无差别，因此可以选择两种形式中的一种作为运行方式
8、。Generation of harmonics在系统受到大的扰动时,可迅速调整晶闸管的触发角,改变串联电容的补偿度。统一潮流控制器用于串联补偿时，Vse=Vc，且Vc与线路电流I相位相差。检测量 控制参量STATCOM的工作原理相量图当晶闸管触发延迟角位于区间(acri,180内时，TCSC呈现容性等效电抗运行特性。SSSC实质上是有源可控串补式中： 工频角频率。因此只要对晶闸管导通角进行精确控制，就可以对TCSC的等值电抗快速、连续、平滑地调节，从而为系统提供可控串联补偿。在接线形式上两种串补并无差别，因此可以选择两种形式中的一种作为运行方式。电容电流由两部分组成，一是线路电流，一是电抗支
9、路电流。SVC9/6/202412提高负载和系统的功率因数，减少设备的功率损耗，稳定电压，提高9/6/20241310/1/202213TCR - 晶闸管控制的电抗器晶闸管控制的电抗器nContinuous control nNo transients nGeneration of harmonics9/6/202414TCR - 晶闸管控制的电抗器Continuous cont9/6/20241510/1/2022159/6/20241610/1/202216STATCOM9/6/202417STATCOM10/1/202217 STATCOM的工作原理相量图的工作原理相量图 单相等值电路相
10、量图单相等值电路相量图9/6/202418 STATCOM的工作原理相量图 STATCOM原理原理9/6/202419STATCOM原理10/1/202219基波相量图基波相量图9/6/202420基波相量图10/1/202220STATCOM的的优越性优越性无功电流无功电流无功电流无功电流 电压 SVGSVC9/6/202421STATCOM的优越性无功电流SVGSVC10/1/2022可控串补可控串补TCSC的结构图的结构图TCSC TCSC 的原理接的原理接线图线图 9/6/202422可控串补TCSC的结构图TCSC 的原理接线图 10/1/29/6/20242310/1/202223
11、9/6/20242410/1/202224可控串补的功能可控串补的功能1 1、可以、可以连续调节连续调节等等值值串串联电联电容的容抗，容的容抗，进进行潮流控制。行潮流控制。2 2、可提高、可提高输电线输电线的的输电输电容量或提高互容量或提高互连电连电网的网的传输传输能量。能量。3 3、可、可缓缓解系解系统统中某个支路的中某个支路的过负过负荷荷问题问题，可控串，可控串补补比普通比普通串串补补更能适更能适应应多种系多种系统统情况。情况。4 4、可以阻尼由于系、可以阻尼由于系统统阻尼不足或由于系阻尼不足或由于系统扰动统扰动引起的低引起的低频频功率振功率振荡荡, ,提高提高动态稳动态稳定性。定性。5
12、5、可提高、可提高电电力系力系统统的的暂态稳暂态稳定性。在系定性。在系统统受到大的受到大的扰动时扰动时, ,可迅速可迅速调调整晶整晶闸闸管的触管的触发发角角, ,改改变变串串联电联电容的容的补偿补偿度。度。6 6、可抑制次同步振、可抑制次同步振荡荡。一种方法是在。一种方法是在发发生次同步振生次同步振荡时荡时, ,迅速迅速调调整串整串联电联电容至最小容至最小值值, ,对对于次同步于次同步频频率率,TCSC,TCSC呈感呈感抗抗, ,这样这样便会便会对对SSRSSR起很起很强强的阻尼作用。另一种方法是采的阻尼作用。另一种方法是采集当地的集当地的电电流、流、电压电压, ,用矢量合成的方法用矢量合成的
13、方法获获得得远远方方发电发电机机的的转转速相位速相位, ,经过处经过处理后用作理后用作对发电对发电机机轴轴振振动动的阻尼。的阻尼。9/6/202425可控串补的功能1、可以连续调节等值串联电容的容抗，进行潮流控n 当当IcIL，即，即XcIL，即XcXl时，线路电流与电容电流同相n当当IcXl时时，线线路路电电流流与与电电抗器抗器电电流同相位，流同相位，电电容容电压电压超前超前线线路路电电流流9090，并，并联联阻抗呈阻抗呈感性，相量感性，相量图图如如图图。n如果在如果在电电抗支路中串抗支路中串联联晶晶闸闸管开管开关，关，对电对电抗抗进进行相控，当改行相控，当改变变晶晶闸闸管的触管的触发发角角
14、时时，就可改，就可改变变支路支路电电抗的抗的电电流，即改流，即改变变并并联联阻抗的阻抗的大小与性大小与性质质。因此只要。因此只要对对晶晶闸闸管管导导通角通角进进行精确控制，就可以行精确控制，就可以对对TCSCTCSC的等的等值电值电抗快速、抗快速、连续连续、平、平滑地滑地调节调节，从而，从而为为系系统统提供可控提供可控串串联补偿联补偿。 可控串补的功能可控串补的功能9/6/202427当IcXl时，线路电流与电抗器电流同相位，电可控串补的基频阻抗可控串补的基频阻抗 由由电电抗抗器器和和电电容容器器组组成成的的并并联联回回路路，其等效阻抗取决于两者的关系。其等效阻抗取决于两者的关系。 当当电电容
15、容器器容容抗抗小小于于电电抗抗器器感感抗抗时时，其其等等值值阻阻抗抗呈呈容容性性，且且等等效效容容抗抗值值不不低低于于电电容容器器实际实际容抗。容抗。 当当电电容容器器容容抗抗大大于于电电抗抗器器感感抗抗时时，其其等等值值阻阻抗抗呈呈感感性性，且且等等效效电电抗抗值值不不低低于于电电抗抗器器实际实际感抗。感抗。 当当电电容容器器容容抗抗等等于于电电抗抗器器感感抗抗时时，系系统统构成并构成并联谐联谐振回路。振回路。9/6/202428可控串补的基频阻抗 由电抗器和电容器组成的并可控串补的基频阻抗可控串补的基频阻抗 基基频频阻抗的表达式：阻抗的表达式： 式中：式中： 工工频频角角频频率。率。 为电
16、为电容器和容器和电电抗器抗器环环路的路的谐谐振角振角频频率。率。9/6/202429可控串补的基频阻抗 基频阻抗的表达式：10/1/20222可控串补的控制原理可控串补的控制原理 可控串可控串补补的控制的控制原理是根据各种控制原理是根据各种控制目的目的( (系系统稳统稳定控制、定控制、恒功率控制、恒阻抗恒功率控制、恒阻抗控制等控制等) )，得出要求串，得出要求串补输补输出的基波阻抗出的基波阻抗值值，再根据再根据图图中所示的曲中所示的曲线线得到与得到与该该阻抗阻抗值对值对应应的触的触发发角。角。 9/6/202430可控串补的控制原理 可控串补的控制原理是根据各种可控串补的控制原理可控串补的控制
17、原理nTCSC晶晶闸闸管触管触发发延延迟迟角的控制范角的控制范围围是是90到到180，在，在该该范范围围内，内，TCSC的的稳稳态态阻抗特性分阻抗特性分为为容性运行区和感性运行容性运行区和感性运行区。区。n在感性运行区和容性运行区之在感性运行区和容性运行区之间间的的转换转换过过程中，要程中，要经过经过一个一个谐谐振点。与振点。与谐谐振点振点对应对应的控制触的控制触发发延延迟迟角角acri的大小由的大小由电电容和容和电电感的参数决定。感的参数决定。n当晶当晶闸闸管触管触发发延延迟迟角位于区角位于区间间(acri,180内内时时，TCSC呈呈现现容性等效容性等效电电抗运行特性。触抗运行特性。触发发
18、延延迟迟角角为为180时时对应对应于晶于晶闸闸管全关断运行模式，管全关断运行模式，对应对应的的等效容抗数等效容抗数值值最小，即最小，即电电容器容器标标称容抗称容抗XC，标标幺幺值为值为1.0p.u.。9/6/202431可控串补的控制原理TCSC晶闸管触发延迟角的控制范围是90可控串补的控制原理可控串补的控制原理从从180逐逐渐渐减小触减小触发发延延迟迟角角(增大增大触触发发越前角越前角)，TCSC等效容抗逐等效容抗逐渐渐增大，增大，对应对应于容性微于容性微调调运行模式。运行模式。当晶当晶闸闸管触管触发发延延迟迟角位于区角位于区间间90, acri)内内时时，TCSC呈呈现现感性感性等效等效电
19、电抗运行特性。触抗运行特性。触发发延延迟迟角角为为90时时等效感抗数等效感抗数值值最小，最小，对应对应晶晶闸闸管旁路运行模式，等效感抗在数管旁路运行模式，等效感抗在数值值上等于上等于电电容容电电抗和抗和电电感感电电抗并抗并联联，一般一般远远小于小于1.0p.u.。从从90开始逐开始逐渐渐增大触增大触发发延延迟迟角，角，在达到在达到谐谐振角振角acri之前，之前，TCSC等效等效感抗逐感抗逐渐渐增大，增大，对应对应于感性微于感性微调调运运行模式。行模式。 9/6/202432可控串补的控制原理从180逐渐减小触发延迟角(增大触发越前9/6/20243310/1/2022339/6/2024341
20、0/1/2022349/6/20243510/1/202235TCR - 晶闸管控制的电抗器晶闸管控制的电抗器nContinuous control nNo transients nGeneration of harmonics9/6/202436TCR - 晶闸管控制的电抗器Continuous contSVC与与TCSC阻抗特性比较阻抗特性比较9/6/202437SVC与TCSC阻抗特性比较10/1/202237统一潮流控制器用于电压调节时，相当于一个步长无限小的可变分接头变压器。检测量 控制参量与谐振点对应的控制触发延迟角acri的大小由电容和电感的参数决定。静止同步串联补偿器SSSC但
21、进相运行对系统的静态稳定和发热有不良影响，运行中限制较严。STATCOM的工作原理相量图TCPST（晶控移相器）电压触发延迟角为90时等效感抗数值最小，对应晶闸管旁路运行模式，等效感抗在数值上等于电容电抗和电感电抗并联，一般远小于1.TCSR（晶控串联电抗器）STATCON（静止同步补偿器）5、可提高电力系统的暂态稳定性。由于性价比较高，目前我国广泛使用的是静止补偿器(SVC)。可控串补的两种方案可控串补的两种方案 1 1、在在串串联联电电容容器器旁旁并并联联双双向向的的晶晶闸闸管管开开关关及及电电抗抗器器，晶晶闸闸管管开开关关或或关关或或闭闭，电电抗抗器器或或并并入入或或切切除除，实实现现两
22、两点点控控制制，比比较较简简单单，不不会会发发生生电电容容和和电电感感并并联联工工频频谐谐振振，即分即分阶阶控制方式。控制方式。 2 2、连连续续调调节节晶晶闸闸管管的的导导通通角角，可可连连续续改改变变串串联联电电容容电电抗抗组组的的电电抗抗。这这种种可可控控串串补补也也称称先先进进串串补补（ASC），目目前世界各国研究的重点是前世界各国研究的重点是这这种种TCSC串串补补。 在在接接线线形形式式上上两两种种串串补补并并无无差差别别，因因此此可可以以选选择择两两种形式中的一种作种形式中的一种作为为运行方式。运行方式。 研研究究（ASC）型型可可控控串串补补，应应用用的的是是静静止止补补偿偿器
23、器（SVC）中中的的固固定定电电容容器器（FC）和和晶晶闸闸管管控控电电抗抗器器（TCR）的熟悉技的熟悉技术术特性。特性。 TCSC与与SVC的的主主要要差差别别在在电电源源类类型型方方面面，SVC是是电电压压源型，源型， TCSC是是电电流源型。流源型。9/6/202438统一潮流控制器用于电压调节时，相当于一个步长无限小的可变分接静止同步串联补偿器静止同步串联补偿器SSSCn静止同步串联补偿器（静止同步串联补偿器（SSSC）：）：（Static Synchronous Series Compensator）nSSSC与与STATCOM，采用相同的电路结构，采用相同的电路结构，多为三相电压源
24、型逆变器，串联接入系统。多为三相电压源型逆变器，串联接入系统。nSSSC的原理：通常是通过向线路注入一与其电的原理：通常是通过向线路注入一与其电流相差流相差90度的可控电压，以快速控制线路的有效度的可控电压，以快速控制线路的有效阻抗，从而进行有效的系统控制。阻抗，从而进行有效的系统控制。9/6/202439静止同步串联补偿器SSSC静止同步串联补偿器（SSSC）：1静止同步串联补偿器 SSSC与与TCSC不同之处：不同之处：nTCSC串入线路中可以等效成可变容抗串入线路中可以等效成可变容抗n串入的串入的SSSC可以等效成电压源，通过控可以等效成电压源，通过控制换流器，可连续改变其输出电压的幅制
25、换流器，可连续改变其输出电压的幅值和相位，从而改变线路两端的电压值和相位，从而改变线路两端的电压(幅幅值和相位值和相位)，实现对线路有功、无功潮流，实现对线路有功、无功潮流的控制和阻尼系统的功率振荡，提高系的控制和阻尼系统的功率振荡，提高系统暂态稳定极限的目的。统暂态稳定极限的目的。 9/6/202440静止同步串联补偿器 SSSC与TCSC不同之处：10/1/SSSC的原理图线路线路首端首端末端末端SSSC的原理图的原理图9/6/202441SSSC的原理图线路首端末端SSSC的原理图10/1/202接线图接线图9/6/202442接线图10/1/202242SSSC的特点和优点9/6/20
26、2443SSSC的特点和优点10/1/202243nSSSC实质上是有源可控串补实质上是有源可控串补SSSC的特性与模型的特性与模型9/6/202444SSSC实质上是有源可控串补SSSC的特性与模型10/1/2SSSC的特性与模型9/6/202445SSSC的特性与模型10/1/2022459/6/20244610/1/202246统一潮流控制器（统一潮流控制器（UPFC）的结构）的结构n V Vi i I I V Vj j V Vj j V Vshsh V Vsese 并联逆变器并联逆变器1 串联逆变器串联逆变器2 检测量检测量 控制参量控制参量9/6/202447统一潮流控制器（UPFC
27、）的结构 Vi 9/6/20244810/1/2022489/6/20244910/1/202249统一潮流控制器的基本功能统一潮流控制器的基本功能n统统一潮流控制器的基本作用功能一潮流控制器的基本作用功能图图 电压调节电压调节 串串联补偿联补偿 相位相位调节调节 组组合功能合功能 9/6/202450统一潮流控制器的基本功能统一潮流控制器的基本作用功能图 10统一潮流控制器的基本功能统一潮流控制器的基本功能n 统统一潮流控制器用于一潮流控制器用于电压调节时电压调节时，相当于一个步，相当于一个步长长无限小的可无限小的可变变分接分接头变压头变压器。器。V Vse= = V V，且与，且与V Vj
28、同相位。同相位。n 统统一潮流控制器用于串一潮流控制器用于串联补偿时联补偿时，V Vse= =V Vc，且，且V Vc与与线线路路电电流流I I相位相差相位相差。n 统统一潮流控制器用于移相控制一潮流控制器用于移相控制时时，V Vse= =V V ， 是所要求是所要求的移相角度，且的移相角度，且V V 的幅的幅值应值应使使V Vj的幅的幅值值保持不保持不变变。n 当当统统一潮流控制器用于一潮流控制器用于电压调节电压调节、串、串联补偿联补偿和移相控和移相控制的制的组组合作用合作用时时，统统一潮流控制器的逆一潮流控制器的逆变变器器2 2其其输输出出电压电压为为：V Vse= = V V+ +V Vc+ +V V 。9/6/202451统一潮流控制器的基本功能 统一潮流控制器用于电压调节时FACTS总结与复习全面版课件
