第四章 智能輸電網(wǎng)技術(shù).doc

第四章 智能輸電網(wǎng)技術(shù) 輸電網(wǎng)是電能輸送的物理通道，是連接發(fā)電、配電和用電等環(huán)節(jié)的紐帶。先進的輸電技術(shù)是構(gòu)建智能輸電網(wǎng)、滿足新能源發(fā)展需要、實現(xiàn)資源大范圍優(yōu)化配置的關(guān)鍵技術(shù)；智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行提供重要的保障；智能變電站是智能電網(wǎng)中的重要節(jié)點，對各級電網(wǎng)起著聯(lián)結(jié)作用。 本章將從先進輸電技術(shù)、智能變電站、智能電網(wǎng)調(diào)度以及輸電線路狀態(tài)監(jiān)測等方面介紹智能輸電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)。 第一節(jié) 先進輸電技術(shù) 在未來的1520年內(nèi)，我國的電力需求仍將快速增長。由于我國能源供應(yīng)和消費呈逆向分布特征，一次能源集中在西部和北部地區(qū)，而負(fù)荷又集中在中東部和南部地區(qū)，因此，需要采用先進的輸電技術(shù)，建設(shè)堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，進行遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗、高效率的電能輸送，促進水電、火電、核電和可再生能源基地的大規(guī)模集約化開發(fā)，實現(xiàn)全國范圍內(nèi)的能源資源優(yōu)化配置。 本節(jié)將主要介紹特高壓交直流輸電、柔性輸電等先進輸電技術(shù)，同時展望超導(dǎo)輸電等前沿技術(shù)。 一、特高壓輸電技術(shù) 特高壓輸電技術(shù)包括特高壓交流輸電技術(shù)和特高壓直流輸電技術(shù)。 （一）特高壓交流輸電技術(shù) 特高壓交流輸電是指lOOOkV及以上電壓等級的交流輸電工程及相關(guān)技術(shù)。特高壓交流電網(wǎng)突出的優(yōu)勢是：可實現(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離輸電，l回lOOOkV輸電線路的輸電能力可達同等導(dǎo)線截面的500kV輸電線路的4倍以上；可大量節(jié)省線路走廊和變電站占地面積，顯著降低輸電線路的功率損耗；通過特高壓交流輸電線實現(xiàn)電網(wǎng)互聯(lián)，可以簡化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高電力系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定水平。 2004年以來，我國在特高壓交流輸電技術(shù)領(lǐng)域開展了全面深入的研究工作，掌握了特高壓交流輸電的核心技術(shù)，主要體現(xiàn)在以下方面： (1)在過電壓深度控制方面，采用高壓并聯(lián)電抗器、斷路器合閘電阻和高性能避雷器聯(lián)合控制過電壓，并利用避雷器短時過負(fù)荷能力，將操作過電壓限制到1.61.7p、工頻過電壓限制到1.31.4p.、持續(xù)時間限制在0.2s以內(nèi)，兼顧了無功平衡需求，有效降低了對設(shè)備絕緣水平的要求。 (2)采用高壓并聯(lián)電抗器中性點小電抗控制潛供電流方法，成功實現(xiàn)了Is內(nèi)的單相重合閘，避免了采用動作邏輯復(fù)雜、研制難度大、價格昂貴的高速接地開關(guān)方案，解決了潛供電流控制的難題。 (3)通過對特高壓交流輸電系統(tǒng)絕緣配合的大量研究，獲得了長空氣間隙的放電特性曲線，初步提出了空氣間隙放電電壓的海拔修正公式，引入反映多并聯(lián)間隙影響的修正系數(shù)，采用波前時間1000hs操作沖擊電壓下真型塔的放電特性進行絕緣配合，合理控制了各類間隙距離。 (4)大規(guī)模采用有機外絕緣新技術(shù)，在世界上首次采用特高壓、超大噸位復(fù)合絕緣子和復(fù)合套管，結(jié)合高強度瓷玻璃絕緣子、瓷套管的使用，攻克了污穢地區(qū)特高壓交流輸電工程的外絕緣配置難題。 (5)為了控制電磁環(huán)境水平，特高壓輸電線路采用大截面多分裂導(dǎo)線，變電站全部進行全場域三維電場計算和噪聲計算，優(yōu)化了變電站布置和設(shè)備金具結(jié)構(gòu)，并成功研制出低噪聲設(shè)備和全封閉隔音室，電暈損失和噪聲控制水平達到國際先進水平。 (6)開展特高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的大規(guī)模仿真計算分析，結(jié)合發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)的實測建模，以及系統(tǒng)電壓控制、聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)特性試驗結(jié)果，研究掌握了特高壓電網(wǎng)的運行特性，提出了特高壓電網(wǎng)的運行控制策略并成功實施。 (7)建立特高壓輸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，形成了從系統(tǒng)集成、工程設(shè)計、設(shè)備制造、施工安裝、調(diào)試試驗到運行維護的全套全過程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和試驗規(guī)范。 (8)成功研制出代表世界最高水平的全套特高壓交流設(shè)備：額定電壓lOOOkV、額定容量1000MVA（單柱電壓lOOOkV、單柱容量334MVA）的單體式單相變壓器；額定電壓llOOkV、額定容量320Mvar的高壓并聯(lián)電抗器；額定電壓llOOkV、額定電流6300A、額定開斷電流50kA（時間常數(shù)120ms）的 氣體絕緣金屬封閉組合電器；特高壓瓷外套避雷器、特高壓棒形懸式復(fù)合絕緣子、復(fù)合空心絕緣子及套管等特高壓設(shè)備。 2009年1月6日，晉東南一南陽一荊門特高壓交流試驗示范工程正式投入商業(yè)運行。首次實現(xiàn)了兩大同步電網(wǎng)通過特高壓線路的互聯(lián)，掌握了系統(tǒng)的運行特性和控制規(guī)律，驗證了運行控制策略的有效性和仿真計算分析的準(zhǔn)確性。特高壓交流系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的動態(tài)運行特性和抗擾動能力，發(fā)揮了水火互濟和事故支援等重要聯(lián)網(wǎng)功能。 （二）特高壓直流輸電技術(shù) 國際上，高壓直流通常指的是士600kV及以下直流系統(tǒng)，士600kV以上的直流系統(tǒng)稱為特高壓直流。在我國，高壓直流指的是士660kV及以下直流系統(tǒng)，特高壓直流指的是士800kV和士lOOOkV直流系統(tǒng)。 從電網(wǎng)特點看，特高壓交流可以形成堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，對電力的傳輸、交換、疏散十分靈活；直流是“點對點”的輸送方式，不能獨自形成網(wǎng)絡(luò)，必須依附于堅強的交流輸電網(wǎng)才能發(fā)揮作用。 特高壓直流輸電具有超遠(yuǎn)距離、超大容量、低損耗、節(jié)約輸電走廊和調(diào)節(jié)性能靈活快捷等特點，可用于電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)；由于不存在交流輸電的系統(tǒng)穩(wěn)定問題，可以按照送、受兩端運行方式變化而改變潮流，所以更適合于大型水電、火電基地向遠(yuǎn)方負(fù)荷中心送電。與高壓直流輸電相比，特高壓直流輸電具有以下技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢： (1)輸送容量大。采用6英寸晶閘管換流閥、大容量換流變壓器和大通流能力的直流場設(shè)備；電壓可以采用土800kV或士lOOOkV;士800、士lOOOkV特高壓直流輸電能力分別是土500kV高壓直流的2.5倍和3.2倍，能夠充分發(fā)揮規(guī)模輸電優(yōu)勢，大幅提高輸電效率。 (2)送電距離遠(yuǎn)。采用特高壓直流輸電技術(shù)使超遠(yuǎn)距離的送電成為可能，為實現(xiàn)更大范圍優(yōu)化資源配置提供技術(shù)手段。研究結(jié)果表明，土800kV經(jīng)濟輸電距離為13502350km;士lOOOkV經(jīng)濟輸電距離為2350km以上。 (3)線路損耗低。在導(dǎo)線總截面、輸送容量均相同的情況下，土800kV直流線路的電阻損耗是1500kV直流線路的39%，是士600kV直流線路的60%，可提高輸電效率，降低輸電損耗。 (4)工程投資省。由于特高壓直流工程輸送容量大、送電距離遠(yuǎn)，特高壓直流工程的單位千瓦每千米造價顯著降低，根據(jù)計算分析，+800kV直流輸電工程的單位千瓦每千米綜合造價約為c:500kV直流輸電方案的87%，節(jié)省工程投資效益顯著。 (5)走廊利用率高。土800kV直流輸電單位走廊寬度輸送容量是土500kV的1.3倍左右，提高輸電走廊利用效率，節(jié)省寶貴的土地資源。 (6)運行方式靈活。特高壓直流輸電工程采用雙極對稱和模塊化設(shè)計，每極采用雙12脈動換流器串聯(lián)的接線，單個換流器單元和單極故障不影響其他換流單元和極的運行，運行方式靈活，系統(tǒng)可靠性大大提高。任何一個換流器發(fā)生故障，系統(tǒng)仍能夠保證75%額定功率的送出。由于采用對稱、模塊化設(shè)計，工程可以分步建設(shè)、分期投入運行。 (7)可靠性高。特高壓直流輸電工程除采用對稱和模塊化設(shè)計提高系統(tǒng)可靠性外，還對控制保護等重要部分采取冗余設(shè)計，從而大大提高特高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性。直流輸電可控性好，輸電電壓、電流和功率以及送電方向可以靈活調(diào)節(jié)。據(jù)分析，士800kV特高壓直流工程的單換流器停運率平均不大于2次年，雙極強迫停運率不大于0.05次年，能量不可利用率不大于0.5%。 (8)環(huán)境友好。特高壓直流工程通過采用大截面、多分裂導(dǎo)線和增加對地距離，特高壓直流工程的線路電磁環(huán)境指標(biāo)與常規(guī)土500kV直流輸電工程相當(dāng)，完全滿足國家環(huán)境指標(biāo)要求。通過采用低噪聲設(shè)備、優(yōu)化換流站平面布置、采用隔聲屏障等措施，如：平波電抗器采用高效一體化消聲裝置，圍墻合理裝設(shè)隔音屏，經(jīng)仿真計算表明特高壓直流工程換流站噪聲場界可達到國家二類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間不大于60dB (A)，夜間不大于50dB (A)。 到目前為止，我國已建和在建的特高壓直流輸電工程有土800kV向家壩一上海直流輸電示范工程、士800kV錦屏一蘇南直流輸電工程和+800kV云南一廣東直流輸電工程。士800kV特高壓直流換流閥閥廳如圖4-1所示。 二、柔性輸電技術(shù) （一）靈活柔性交流輸電技術(shù) 20世紀(jì)80年代，美國電力科學(xué)研究院的Narain G Hingorani博士提出柔性交流輸電系統(tǒng)( FACTS)的概念。1997年，IEEE PES學(xué)會正式公布的FACTS的定義是：裝有電力電子型和其他靜止型控制裝置以加強可控性和增大電力傳輸能力的交流輸電系統(tǒng)?？梢哉f，F(xiàn)ACTS的基石是電力電子技術(shù)，核心是FACTS裝置，關(guān)鍵是對電網(wǎng)運行參數(shù)進行靈活控制。通過安裝FACTS裝置可以實現(xiàn)電 圖4-1 800kV特高壓直流換流閥閥廳壓、阻抗、功角等電氣量的快速、頻繁、連續(xù)控制，克服傳統(tǒng)控制方法的局限性，增強電網(wǎng)的靈活性和可控性。FACTS技術(shù)在輸電系統(tǒng)中的典型應(yīng)用如圖4-2所示。圖4-2 FACTS技術(shù)典型應(yīng)用示意圖 在以晶閘管控制串聯(lián)電容器、靜止無功補償器、可控并聯(lián)電抗器、故障電流限制器為代表的第一代FACTS裝置研究與應(yīng)用方面，我國走在世界前列，關(guān)鍵技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)已經(jīng)接近甚至超過了國外先進電氣設(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)水平，并在我國電網(wǎng)中推廣應(yīng)用，獲得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。在以靜止同步補償器和靜止同步串聯(lián)補償器為代表的第二代FACTS裝置方面，我國已開展相關(guān)技術(shù)研究，其中靜止同步補償器在輸電網(wǎng)已有示范應(yīng)用，但在容量、電壓等級和可靠性等方面與國外技術(shù)水平尚存在一定差距：靜止同步串聯(lián)補償器仍然處于實驗室研究階段，還沒有實際的工業(yè)裝置投入運行。以統(tǒng)一潮流控制器、線間潮流控制器、可轉(zhuǎn)換靜止補償器為代表的第三代FACTS裝置是對第二代FACTS裝置的創(chuàng)新和發(fā)展，功能更強大，結(jié)構(gòu)更加緊湊，性能大幅度提升，可以為電網(wǎng)提供更先進的控制手段，代表了FACTS技術(shù)的發(fā)展方向。 在智能電網(wǎng)中大規(guī)模應(yīng)用FACTS裝置，還要解決一些全局性的技術(shù)問題，例如：多個FACTS裝置間的協(xié)調(diào)控制問題，F(xiàn)ACTS裝置與已有常規(guī)控制、繼電保護的配合問題，F(xiàn)ACTS裝置納入智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的問題等。下面對典型FACTS裝置的應(yīng)用功能進行簡單介紹。 1靜止無功補償器 靜止無功補償器( SVC)是在機械投切式電容器和電感器的基礎(chǔ)上，采用大容量晶閘管代替機械開關(guān)而發(fā)展起來的，它可以快速地改變其發(fā)出的無功功率，具有較強的無功調(diào)節(jié)能力，可為電力系統(tǒng)提供動態(tài)無功電源。SVC在電網(wǎng)運行中可以起到提高電壓穩(wěn)定性、提高穩(wěn)態(tài)傳輸容量、增強系統(tǒng)阻尼、緩解次同步諧振（振蕩）、降低網(wǎng)損、抑制沖擊負(fù)荷引起的母線電壓波動、補償負(fù)荷三相不平衡等作用。SVC主要包括以下4種結(jié)構(gòu)：晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)、TCR+固定電容器(FC)混合裝置、TCR+TSC混合裝置。 TCR的原理接線如圖4-3 (a)所示。它由線性的空心電抗器與反并聯(lián)晶閘管閥(VT1、VT2)串聯(lián)組成。TCR正常工作時，VT1、VT2分別在其承受正向電壓期間從電壓峰值到過零點的時間間隔內(nèi)觸發(fā)導(dǎo)通。一般使用觸發(fā)角口來表示晶閘管的觸發(fā)時刻，它是晶閘管承受正向電壓期間從電壓零點到觸發(fā)點的電角度，決定了電抗器中電流有效值的大小。圖4-3 (b)為單相TCR的電流波形。當(dāng)口=90。時，電抗器吸收的感性無功功率最大；當(dāng)a=180。時，電抗器吸收的感性無功功率為0，電抗器不投入運行。如果口介于0。90。之間，將會產(chǎn)生含直流分量的不對稱電流，所以一般在90。180。范圍調(diào)節(jié)。晶閘管一旦導(dǎo)通，電流的關(guān)斷將發(fā)生在自然過零點，這一過程稱為電網(wǎng)換相。TCR支路電流的基波分量是口的函數(shù)。通過控制口可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的基波電流幅值大小，從而導(dǎo)致電抗器吸收無功功率的連續(xù)變化。 圖4-3 TCR接線示意圖 (a) TCR的單相原理接線；(b)單相TCR電流波形 單相TSC的結(jié)構(gòu)及工作波形如圖4-4所示。它由電容器、反并聯(lián)晶閘管閥和阻抗值很小的限流電抗器組成。三相TSC由3個單相TSC按三角形連接構(gòu)成，通常由同樣連接成三角形的降壓變壓器低壓繞組供電。TSC有兩個工作狀態(tài)，即投入和斷開狀態(tài)。投入狀態(tài)下，反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通，電容器起作用，TSC發(fā)出容性無功功率；斷開狀態(tài)下，反并聯(lián)晶閘管阻斷，TSC不輸出無功功率。 圖44單相TSC的結(jié)構(gòu)及工作波形 (a)單相TSC的結(jié)構(gòu)；(b)單相TSC的工作波形 TCR只能在滯后功率因數(shù)的范圍內(nèi)提供連續(xù)可控的無功功率。為了將動態(tài)范 圍擴展到超前功率因數(shù)區(qū)域，可以與TCR并聯(lián)一個固定電容器FC，如圖4-5 (a) 所示。通常TCR容量大于FC容量，以保證既能輸出容性無功又能輸出感性無功。 固定電容器通常接成星形，并被分成多組。實際應(yīng)用中每組電容器常用一個濾波支路(LC或LCR)來取代單純的電容支路。濾波網(wǎng)絡(luò)在工頻下等效為容抗，而在特定頻段內(nèi)表現(xiàn)為低阻抗，從而能對TCR產(chǎn)生的諧波分量起濾波作用。FC-TCR型SVC的典型運行特性如圖4-5 (b)所示。固定電容器將SVC的可控范圍擴展到了超前功率因數(shù)區(qū)。由于引入了電壓控制，F(xiàn)C-TCR的運行范圍被壓縮到一條特性曲線上，這種特性曲線體現(xiàn)了SVC的硬電壓控制特性，它將系統(tǒng)電壓精確地穩(wěn)定在電壓設(shè)定值上。根據(jù)系統(tǒng)要求，可分別確定FC和TCR的額定容量，就能確定發(fā)出和吸收無功功率的范圍。 圖4-5 FC-TCR型SVC結(jié)構(gòu)與運行特性 (a) FC-TCR型svc單相結(jié)j; (b) FC-TCR型svc運行特性 TSC裝置不產(chǎn)生諧波，但只能以階梯方式滿足系統(tǒng)對無功的需求：FC-TCR型SVC響應(yīng)速度快且具有平衡負(fù)荷的能力，但由于FC工作中產(chǎn)生的容性無功需要TCR的感性無功來平衡，因此在需要實現(xiàn)輸出從額定容性無功到額定感性無功調(diào)節(jié)時，TCR容量是額定容量的2倍，從而導(dǎo)致器件和容量上的浪費。TSC-TCR型SVC可以克服上述缺點，具有更好的靈活性，并且有利于減少損耗。TSC-TCR型SVC的單相結(jié)構(gòu)如圖4-6 (a)所示，根據(jù)裝置容量、諧波影響、晶閘管閥參數(shù)、成本等因素確定由，？條TSC支路和m條TCR支路構(gòu)成。圖中各TSC、TCR參數(shù)一致，通常TCR支路容量稍大于TSC支路容量。由于TCR的容量較小，因此產(chǎn)生的諧波也大大減小。實際應(yīng)用中，TSC支路通過串聯(lián)電抗器被調(diào)諧在不同的諧波頻率上。為了避免所有的TSC同時被切除的情況，需要添加一個不可切的電容濾波支路。在運行電壓點附近協(xié)調(diào)TCR與TSC的運行狀態(tài)，抑制臨界點可能出現(xiàn)的投切和調(diào)節(jié)振蕩是該條件下需要特別注意的問題。與FC-TCR型SVC外特性類似，TSC-TCR型SVC的外特性也可表示為可控電納，在一定的范圍內(nèi)能以一定的響應(yīng)速度跟蹤輸入的電納參考值。圖4-6 (b)所示為其運行特性，總的運行范圍由4個區(qū)間組成，包括3個TSC全部投入時的運行區(qū)間，以及2個、1個或者沒有TSC投入時的運行區(qū)間。穩(wěn)態(tài)條件下，TSC-TCR型SVC與FC-TCR型SVC的運行特性相同。 圖4-6 TSC-TCR型SVC結(jié)構(gòu)與運行特性 (a) TSC-TCR型svc單相結(jié)構(gòu)；(b)TSC-TCR型svc運行特性 2晶閘管控制串聯(lián)電容器 輸電線路采用串聯(lián)電容器補償線路感抗的方式可以縮短線路的等效電氣距離，減小功率輸送引起的電壓降和功角差，從而提高線路輸送能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。常規(guī)串聯(lián)電容器補償裝置的補償容抗固定，也稱為固定串聯(lián)電容器(FSC)補償，它不能靈活地調(diào)整補償容抗值以適應(yīng)系統(tǒng)運行條件的變化。晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC)應(yīng)用了電力電子技術(shù)，利用對晶閘管閥的觸發(fā)控制，實現(xiàn)對串聯(lián)補償容抗值的平滑調(diào)節(jié)，使輸電線路的等效阻抗成為動態(tài)可調(diào)，系統(tǒng)的靜態(tài)、暫態(tài)和動態(tài)性能得到改善。TCSC是FACTS技術(shù)應(yīng)用的典型裝置之一，在電網(wǎng)中可以起到控制電網(wǎng)潮流分布、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性極限、阻尼系統(tǒng)振蕩、緩解次同步諧振、預(yù)防電壓崩潰等作用。 典型的TCSC結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。TCSC由電容器組和晶閘管閥控制的電抗器并聯(lián)組成，即在固定電容器組FC旁邊并聯(lián)1個TCR支路，其基本思路是用TCR部分抵消固定電容器的容抗值，從而獲得連續(xù)可控的等效串聯(lián)阻抗，除了電容器組、晶閘管閥和電抗器外，還包括與電容器組一起安裝的保護設(shè)備，如金屬氧化物限壓器(MOV)、火花間隙及其限流阻尼電路等，它們都被安裝在與地面絕緣的高壓平臺上。另外還有其他輔助設(shè)備，如用于各支路電流測量用的電流互感器、旁路斷路器、旁路開關(guān)、隔離開關(guān)、接地開關(guān)以及測量電容器兩端電壓的電阻分壓器等。實際的TCSC結(jié)構(gòu)通常采用多組TCSC模塊串聯(lián)構(gòu)成，并常與FSC結(jié)合起來使用，采用FSC的目的主要是為了降低整套串補裝置成本。每個TCSC模塊參數(shù)可以不同，以提供較寬的阻抗控制范圍。 圖4-7典型的TCSC結(jié)構(gòu)圖 對于TCSC而言，其等效串聯(lián)阻抗是可變的，能夠?qū)€路功率進行大范圍的連續(xù)控制。等效串聯(lián)阻抗的變化是通過控制TCR支路觸發(fā)角口來實現(xiàn)的。TCR的基波電抗值是觸發(fā)角口的連續(xù)函數(shù)，因此TCSC的等效基波阻抗由一個不可變的容性電抗和一個可變的感性電抗并聯(lián)組成的。與口的關(guān)系曲線如圖4-8所示。從圖中可以看出，TCSC的運行存在并聯(lián)諧振區(qū)，諧振點對應(yīng)的觸發(fā)角為。當(dāng)時，TCSC運行在感性區(qū)，呈現(xiàn)為可變的感性阻抗，且從90。逐漸增大，在到達并聯(lián)諧振圖4-8 TCSC等效基波阻抗與觸發(fā)角的關(guān)系點之前，TCR的等效基波電抗逐漸增大，從而使TCSC的感性阻抗逐漸增大。當(dāng)時，TCSC運行在容性區(qū)，呈現(xiàn)為可變的容性阻抗，且從180。逐漸減小，在達到并聯(lián)諧振點之前，TCR的等效基波電抗逐漸減小，從而使TCSC的容性阻抗逐漸增大。當(dāng)時，TCSC處于諧振狀態(tài)，呈現(xiàn)為無限大的阻抗，這顯然是一個不可接受的狀態(tài)。為防止TCSC工作在諧振區(qū)，設(shè)定晶閘管閥的最小容性觸發(fā)角和最大感性觸發(fā)角。 3可控并聯(lián)電抗器 可控并聯(lián)電抗器(CSR)是一種新型FACTS裝置，它并聯(lián)于電力系統(tǒng)，且其電抗值可以在線調(diào)節(jié)，在一定程度上解決電壓在小負(fù)荷方式下過高或大負(fù)荷方式下過低的情況，緊急情況下可以實現(xiàn)強補以抑制工頻過電壓，配合中性點電抗器還可以抑制潛供電流、降低恢復(fù)電壓。CSR的投入運行，使雙回或多回線發(fā)生N-1故障時，可按其最大調(diào)節(jié)范圍實現(xiàn)動態(tài)無功補償，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。同時，對于系統(tǒng)在各種擾動下出現(xiàn)的電壓振蕩或功率振蕩也能起到一定的抑制作用，提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。CSR主要有磁控式并聯(lián)電抗器(MCSR)和分級式可控并聯(lián)電抗器( SCSR)兩種。MCSR通過晶閘管控制勵磁系統(tǒng)電流來改變電抗器鐵芯的飽和程度，可實現(xiàn)并聯(lián)電抗值的快速、連續(xù)、大范圍調(diào)節(jié)。SCSR通過晶閘管分級投切變壓器低壓側(cè)電抗器，可實現(xiàn)并聯(lián)電抗值在有限個級別間的快速切換。 MCSR由電抗器本體和控制系統(tǒng)兩部分組成。對于500kV及以上電壓等級應(yīng)用的MCSR，由于電抗器本體容量大，通常采用單相式結(jié)構(gòu)，典型的單相磁路結(jié)構(gòu)如圖4-9所示。Nll、N21繞組為電抗器的一次繞組，同名端并聯(lián)后接入500kV電網(wǎng)；N12、N22為二次繞組，即勵磁繞組（又稱控制繞組），同名端串聯(lián)后接可控直流電壓源。一次繞組在外側(cè)，二次繞組在內(nèi)側(cè)。在交流電壓的作用下，一次繞組同名端并聯(lián)，兩鐵芯Ll、L2中將產(chǎn)生同方向的交流感應(yīng)磁通其中主要通過Ll、L3構(gòu)成閉合回路，主要通過L2、L4構(gòu)成閉合回路。在直流控制電壓作用下，N12、N22流過直流勵磁電流，兩鐵芯Ll、L2中將產(chǎn)生方向相反的直流感應(yīng)磁通，并主要通過Ll、L2和L5閉合。因此，對L1、L2分別起助磁和去磁作用，使兩個分鐵芯在一個工頻周期內(nèi)輪流達到飽和狀態(tài)。L3、L4主要受交流電壓作用，始終工作于不飽和段狀態(tài)。 圖4-9 MCSR單相磁路結(jié)構(gòu)示意圖 MCSR的運行原理如圖4-10所示。系統(tǒng)電壓擾動觸發(fā)控制器，控制器通過調(diào)節(jié)晶閘管整流器延時觸發(fā)角口以改變勵磁繞組的直流勵磁電流，從而控制電抗器本體的磁飽和程度，最終實現(xiàn)電抗器本體吸收無功的平滑調(diào)節(jié)，抑制安裝點的電壓擾動。如果在安裝點或輸電線路上出現(xiàn)了操作過電壓或工頻過電壓，旁路斷路器QF2快速閉合，使電抗器勵磁繞組短路。這種情況下，電抗器的運行不依賴于控制設(shè)備的運行模式，而類似于自飽和電抗器，輸出無功功率發(fā)生突變甚至超過額定容量，限制過電壓。 SCSR充分利用了變壓器的降壓作用，使晶閘管閥工作在低電壓下，同時加大變壓器的漏抗，使漏抗值達到或接近100%;再在變壓器的二次側(cè)串聯(lián)接入多組電抗器，并由晶閘管和機械開關(guān)組合進行分級調(diào)節(jié)，實現(xiàn)感性無功功率的分級控制。典型的SCSR主電路方案，如圖4-11所示。SCSR可以滿足潮流變化時電壓圖4-10 MCSR運行原理圖 圖4-11 SCSR主電路結(jié)構(gòu)圖和無功控制要求，對于大幅值振蕩，可以采用乒乓投切方式阻尼，在系統(tǒng)發(fā)生故障或擾動時響應(yīng)迅速，不產(chǎn)生諧波。由于免除采用晶閘管冷卻回路，成本顯著降低，維護方便。由于高阻抗變壓器的磁通全部為漏磁通，需要特別注意電抗器本體局部過熱問題。 此外，還有一種分級連續(xù)調(diào)節(jié)CSR主電路方案，如圖4-12所示。該方案相當(dāng)于1臺多個二次繞組依次工作于短路狀態(tài)的多繞組變壓器，每個控制繞組中串接反并聯(lián)晶閘管和限流電抗器。當(dāng)通過控制晶閘管使第個控制繞組投入工作時，第1、2、n-l個控制繞組均已處于短路狀態(tài)。因此，可以認(rèn)為其圖4-12分級連續(xù)調(diào)節(jié)CSR主電路結(jié)構(gòu)圖電流中沒有諧波。這樣，一次繞組中電流諧波含量的絕對值只由第押個控制繞組的功率和晶閘管的導(dǎo)通程度決定，諧波含量不僅與第個控制繞組本身的電流有關(guān)，而且還與已經(jīng)處于短路狀態(tài)的第1、2、-l個控制繞組的電流有關(guān)。由于每個控制繞組的額定功率是根據(jù)電網(wǎng)諧波要求而設(shè)計的，只占電抗器總額定功率的一部分，所以盡管從單個控制繞組來看諧波并不小，但從工作繞組來看要小得多。因此，通過依次把各個控制繞組投入工作并正確控制晶閘管的導(dǎo)通，在滿足電流諧波要求的前提下，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)無功功率從空載功率到額定功率的分級平滑控制。這種CSR主電路方案要求根據(jù)調(diào)節(jié)的級數(shù)確定變壓器二次繞組的數(shù)目，當(dāng)要求級數(shù)較多時，變壓器的結(jié)構(gòu)會變得比較復(fù)雜。 CSR在電網(wǎng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面： (1)簡化無功電壓控制措施。由于CSR無功功率可以連續(xù)變化，可以將輸電線路的廣義自然功率調(diào)節(jié)為線路自然功率的30%100%。在電網(wǎng)潮流的正常變化范圍內(nèi)，無需配置或使用其他無功電壓調(diào)節(jié)手段。 (2)限制工頻過電壓。在電網(wǎng)正常運行時，CSR無功功率可根據(jù)線路傳輸功率自動調(diào)節(jié)，以穩(wěn)定其電壓水平。此外，在線路潮流較重時，若出現(xiàn)末端三相跳閘甩負(fù)荷的情況，處于輕載運行的CSR可快速調(diào)節(jié)到系統(tǒng)所需的容量，以限制工頻過電壓。 (3)消除發(fā)電機自勵磁。發(fā)電機帶空載線路運行時，有可能產(chǎn)生自勵磁。CSR可以自動調(diào)整到合適的補償容量，以消除自勵磁，為大機組直接接入電網(wǎng)創(chuàng)造條件。 (4)限制操作過電壓。由于CSR的調(diào)節(jié)作用使電網(wǎng)的等效電動勢降低，加之由于CSR的補償作用使空載線路的工頻過電壓得以抑制，從而降低了系統(tǒng)的操作過電壓水平。CSR具備較強的過電壓和過負(fù)荷能力，可有效地限制線路計劃性合閘、重合閘、故障解列等的操作過電壓。 (5)無功功率動態(tài)補償。CSR可快速調(diào)節(jié)自身無功功率，是特高壓電網(wǎng)理想的無功補償設(shè)備。采用CSR后，可以起到無功功率動態(tài)平衡和電壓波動的動態(tài)抑制。如果施加適當(dāng)?shù)母郊涌刂疲€可以增加系統(tǒng)阻尼，提高輸電能力。 (6)抑制潛供電流。單相重合閘在我國電網(wǎng)500kV輸電線路中廣泛采用，因此，降低線路單相接地時的潛供電流以提高單相重合閘的成功率是改善系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的一個重要環(huán)節(jié)。模擬實驗和理論分析表明，CSR配合中性點小電抗和一定的控制方式，可大大減小線路單相接地時的潛供電流，有效促使電弧熄滅。 由以上分析可知，CSR主要用于解決長距離重載線路限制過電壓和無功補償?shù)拿埽€可將其作為一種無功補償?shù)氖侄?，與SVC等無功補償方案進行經(jīng)濟技術(shù)比較。 4故障電流限制器 故障電流限制器(FCL)是一種串聯(lián)在輸電線路中的FACTS裝置，在系統(tǒng)正常運行時其阻抗為零，不對系統(tǒng)運行產(chǎn)生任何影響。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，F(xiàn)CL通過投切或以其他的方式迅速增大串聯(lián)阻抗來達到限制線路短路電流的目的。在適當(dāng)位置裝設(shè)合適的FCL可使電網(wǎng)的互聯(lián)和電源容量的增加不再受制于短路電流水平，對于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重要意義。 串聯(lián)諧振型FCL技術(shù)較容易實現(xiàn)，經(jīng)濟特性較好，而且滿足電力系統(tǒng)對可靠性的要求，是目前具有應(yīng)用前景的技術(shù)方案，如圖4-13所示。該方案面向500kV電網(wǎng)，其中電容器旁路采用了避雷器、晶閘管閥與快速開關(guān)3種保護相結(jié)合的形式，從而最大限度地保證電容器旁路保護動作的可靠性。主要部件有限流電抗器L、諧振電容器C、用來保護電容器的金屬氧化物限壓器MOV、晶閘管保護閥VP、旁路斷路器QF、旁路開關(guān)QS3、阻尼電路和電流互感器TA1TA6。系統(tǒng)正常運行時VP處于斷開狀態(tài)，限流電抗器L和諧振電容器C串聯(lián)接入系統(tǒng)中，并配置在工頻諧振狀態(tài)，正常運行時對系統(tǒng)的短路阻抗和無功特性幾乎沒有影響。當(dāng)發(fā)生短路故障時，諧振電容器C流過短路電流，兩端電壓迅速上升，檢測電路判斷出系統(tǒng)短路故障，控制保護系統(tǒng)分別向QF和VP發(fā)出閉合、觸發(fā)命令，諧振電容器C被旁路退出運行，限流電抗器L單獨接入系統(tǒng)起到限制故障電流的目的。QF的閉合時間遠(yuǎn)長于晶閘管保護閥的觸發(fā)導(dǎo)通時間，即VP首先導(dǎo)通，而QF在約30ms之后也閉合，VP隨即退出導(dǎo)通狀態(tài)。此種開關(guān)組合的好處是，VP中流過電流的時間很短，只有幾十毫秒，可以不需要復(fù)雜的水冷卻系統(tǒng)。系統(tǒng)斷路器分閘后VP和QF也要隨之?dāng)嚅_，完成與電力系統(tǒng)繼電保護重合閘的整定配合。如遇到永久性短路故障，VP應(yīng)具有重復(fù)動作能力，在重合閘后再次將FCL投入限流狀態(tài)。 圖4-13基于晶閘管的串聯(lián)諧振型FCL方案 系統(tǒng)發(fā)生故障后，F(xiàn)CL動作時序如圖4-14所示。方案設(shè)計中的TA1用于實現(xiàn)系統(tǒng)正常運行電流和故障電流的檢測，TA2用于電容器支路電流的檢測與保護，圖4-14 FCL動作時序圖TA3用于實現(xiàn)電容器的差動電流的檢測與保護，TA4用于MOV的電流檢測，TA5用于晶閘管閥支路電流的檢測與保護，TA6用于平臺的閃絡(luò)保護。阻尼電路用來阻尼諧振電容器通過晶閘管閥或旁路斷路器放電時放電電流的峰值與頻率。 5靜止同步補償器 靜止同步補償器( STATCOM)是一種基于電壓源換流器(VSC)的動態(tài)無功補償設(shè)備，是第二代FACTS裝置的典型代表。STATCOM以VSC為核心，直流側(cè)采用電容器為儲能元件，VSC將直流電壓轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率的交流電壓，通過連接電抗器或耦合變壓器并聯(lián)接入系統(tǒng)。當(dāng)只考慮基波頻率時，STATCOM可以看成一個與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源通過電抗器聯(lián)到電網(wǎng)上。由于STATCOM直流側(cè)電容僅起電壓支撐作用，所以相對于SVC中的電容容量要小得多。此外，STATCOM與SVC相比還擁有調(diào)節(jié)速度更快、調(diào)節(jié)范圍更廣、欠壓條件下的無功調(diào)節(jié)能力更強的優(yōu)點，同時諧波含量和占地面積都大大減小。 圖4-15 (a)為STATCOM接入系統(tǒng)示意圖。STATCOM以VSC為核心，將直流電容電壓變換為與電網(wǎng)同頻率的交流電壓，通過等效連接電抗器接入系統(tǒng)。STATCOM可被看做一個電抗后的可控電壓源，這意味著無需并聯(lián)電容器或并聯(lián)電抗器來產(chǎn)生或吸收無功功率，見圖4-15 (b)。 圖4-15 STATCOM簡化原理圖(a)接入系統(tǒng)示意圖；(b)無功功率交換示意圖STATCOM與電網(wǎng)間的無功交換可以通過改變VSC交流輸出電壓來控制。通常VSC交流輸出電壓與電網(wǎng)電壓相位相同，如果大于這時STATCOM就向電網(wǎng)發(fā)出無功功率；如果小于這時STATCOM就從電網(wǎng)吸收無功功率。如果等于那么無功交換為零。更進一步，由于直流側(cè)無功功率被定義為零，因此直流支撐電容作為VSC的輸入是不提供無功的。VSC僅僅將交流側(cè)三相端子通過一定的開關(guān)邏輯連接起來，在各相間建立了一種循環(huán)的無功功率交換，所以無功功率是在VSC內(nèi)部產(chǎn)生的。 實際運行時，應(yīng)考慮直流電容器、VSC、耦合變壓器或連接電抗器的損耗，可以將STATCOM等效成內(nèi)阻抗為內(nèi)電動勢幅值為的同步發(fā)電機。穩(wěn)態(tài)時，忽略高次諧波的影響，并假設(shè)直流電容電壓恒定，且則STATCOM的工作狀況可以用圖4-16所示的相量圖來描述。對照圖4-15可知，考慮了STATCOM的損耗后，其運行特性跟理想情況有很大差別。根據(jù)穩(wěn)態(tài)相量關(guān)系，STATCOM向系統(tǒng)注入的有功功率、無功功率分別為圖4-16 STATCOM的穩(wěn)態(tài)相量關(guān)系 由式(4-1)可知，穩(wěn)態(tài)時STATCOM總是從系統(tǒng)吸收有功功率，而向系統(tǒng)注入的無功功率僅依賴于系統(tǒng)電壓與STATCOM輸出電壓之間的夾角80通過調(diào)節(jié)a可以得到大范圍的無功輸出響應(yīng)。 STATCOM的典型運行特性如圖4-17所示。可以看出，STATCOM可以提供容性或感性補償，并且可以在額定最大容性和感性范圍內(nèi)獨立控制其輸出電流，而與交流系統(tǒng)電壓無關(guān)。無論在容性區(qū)還是在感性區(qū)，STATCOM都具有短時過載能力。容性區(qū)可以達到的短時過載電流由VSC中可關(guān)斷器件的最大電流關(guān)斷能力來決定。而在感性區(qū)，可關(guān)斷器件是自然換相的，因此STATCOM的短時過載電流受開關(guān)器件的最大允許結(jié)溫限制。圖4-17 STATCOM的運行特性 6靜止同步串聯(lián)補償器 靜止同步串聯(lián)補償器( SSSC)屬于第二代FACTS裝置，它可以等效為串聯(lián)在線路中的同步電壓源，通過注入與線電流呈合適相角的電壓來改變輸電線路的等效阻抗，具有與輸電系統(tǒng)交換有功功率和無功功率的能力。圖4-18為SSSC接入系統(tǒng)示意圖。若注入的電壓與線路電流同相，那么就可以與電網(wǎng)交換有功功率；若注入的電壓與線路電流正交，那么就可以與電網(wǎng)交換無功功率。SSSC不僅調(diào)節(jié)線路電抗，還可以同時調(diào)節(jié)線路電阻，且補償電壓不受線路電流大小影響，是比TCSC更具潛力的一種FACTS裝置。 當(dāng)注入滯后于線路電流90。的電壓時，SSSC可等效成串聯(lián)在線路中的容抗，此時稱SSSC工作在容性補償模式。當(dāng)注入超前于線路電流90。的電壓時，SSSC可等效成串聯(lián)在線路中的感抗，此時稱SSSC工作在感性補償模式。SSSC工作在容性模式和感性模式下的等效電路及相量圖如圖4-19所示。SSSC具有等效補償電抗Xq，容性時取正值，感性時取負(fù)值。圖4-18 SSSC接入系統(tǒng)示意圖 圖4-19 SSSC等效電路及相量圖從圖4-19中的相量圖可以推導(dǎo) ( 4-2)式中：為SSSC注入電壓，容性補償模式時取正值，感性補償模式時取負(fù)值。 由式( 4-2)可以繪出串聯(lián)接入SSSC裝置的兩機系統(tǒng)在補償電壓取不同標(biāo)圖4-20接入SSSC裝置的兩機系統(tǒng)功角特性曲線幺值時的功角特性曲線，如圖4-20所示。可以看出，當(dāng)時，功角特性比沒有SSSC時的功角特性上升了，只有在時功角特性沒有變化，這說明通過SSSC裝置的正向調(diào)節(jié)可以提高線路輸送有功功率的能力。當(dāng)時，功角特性比沒有SSSC裝置時的功角特性下降了，只有在180。時功角特性沒有變化，這說明通過SSSC裝置的反向調(diào)節(jié)可以降低線路輸送有功功率的能力。在較小時，送端向受端的輸送功率為負(fù)，即線路反送有功功率?？梢姡琒SSC裝置不僅可以控制線路潮流大小，還可以改變潮流的流向。 7統(tǒng)一潮流控制器 統(tǒng)一潮流控制器( UPFC)是由并聯(lián)補償?shù)腟TATCOM和串聯(lián)補償?shù)腟SSC相結(jié)合構(gòu)成的新型潮流控制裝置，是目前通用性最好的FACTS裝置，僅通過控制規(guī)律的改變，就能分別或同時實現(xiàn)并聯(lián)補償、串聯(lián)補償和移相等功能。 UPFC的結(jié)構(gòu)如圖4-21所示，包括兩個通過公共直流側(cè)相連接的電壓源換流器(VSC)。其中，VSC1通過并聯(lián)耦合變壓器并聯(lián)在輸電線路上，VSC2通過一個串聯(lián)耦合變壓器串聯(lián)在輸電線路中。圖4-21 UPFC結(jié)構(gòu)示意圖 兩個VSC的電壓是通過公共的直流電容器組提供的。VSC2提供一個與輸電線路串聯(lián)的電壓相量，其幅值變化范圍為0Upqmax，相角變化范圍為03600。在此過程中，VSC2與輸電線路既交換有功功率，也交換無功功率。雖然無功功率是由串聯(lián)VSC內(nèi)部發(fā)出或吸收的，但有功功率的發(fā)出或吸收需要直流儲能元件。VSC1主要用來向VSC2提供有功功率，該有功功率是從線路本身吸收的。VSC1用來維持直流母線的電壓恒定。這樣，從交流系統(tǒng)吸收的凈有功功率就等于兩個VSC及其耦合變壓器的損耗。VSC1還兼具STATCOM功能。 UPFC進行潮流控制的原理可以用圖4-22所示的雙機系統(tǒng)來說明。圖4-22接入UPFC裝置的輸電系統(tǒng)及相量圖 (a)簡化電路；(b)相量關(guān)系令，則含UPFC的雙機系統(tǒng)受端功率可表示為當(dāng)時，對傳輸功率的作用最大。圖4-23繪出了不同的功角特性曲線。由圖4-23可見，UPFC可以控制線路功率在較大范圍內(nèi)變化，因此能夠較好地適應(yīng)輸電系統(tǒng)對功率變化的需求。 將式(4-3)作適當(dāng)變換，可得取不同值時，受端有功功率P與無功功率之間的關(guān)系曲線如圖4-24所示?？梢钥闯?，UPFC裝置大大擴展了輸電系統(tǒng)的運行范圍，特別是 時 圖4-23接入UPFC裝置的雙機系統(tǒng)功角特性曲線如果沒有UPFC裝置的補償，輸電系統(tǒng)已經(jīng)到達穩(wěn)定運行的極限點；而加入UPFC裝置后，系統(tǒng)的運行范圍已經(jīng)大大超出原有范圍，但系統(tǒng)仍然能夠穩(wěn)定運行，所以UPFC能大大擴展系統(tǒng)運行范圍。如果在系統(tǒng)中安裝適當(dāng)數(shù)量的UPFC裝置，對于系統(tǒng)的優(yōu)化運行（優(yōu)化系統(tǒng)潮流，提高系統(tǒng)穩(wěn)定運行極限，增加系統(tǒng)穩(wěn)定運行裕度）具有重要意義。 圖4-24 UPFC補償后輸電系統(tǒng)運行圖 （二）柔性直流輸電技術(shù) 柔性直流輸電( VSC-HVDC)是以VSC和PWM技術(shù)為基礎(chǔ)的新型直流輸電技術(shù)，也是目前進入工程應(yīng)用的較先進的電力電子技術(shù)。VSC-HVDC在孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造、交流系統(tǒng)互聯(lián)、大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)等方面具有較強的技術(shù)優(yōu)勢。 當(dāng)兩個VSC的交流側(cè)并聯(lián)到不同的交流系統(tǒng)中，而直流側(cè)連在一起時就構(gòu)成了VSC-HVDC輸電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖4-25所示。典型的VSC-HVDC換流站采用三相兩電平VSC，每個橋臂都由多個IGBT串聯(lián)而成，稱之為IGBT閥。直流側(cè)電容器為VSC提供直流電壓支撐，緩沖橋臂關(guān)斷時的沖擊電流，減小直流側(cè)諧波。換相電抗器是VSC與交流系統(tǒng)進行能量交換的紐帶，同時也起到濾波器的作用。交流濾波器的作用是濾去交流側(cè)諧波。換流變壓器是帶抽頭的普通變壓器，其作用是為VSC提供合適的工作電壓，保證VSC輸出最大的有功功率和無功功率。雙端VSC-HVDC系統(tǒng)通過直流輸電線（電纜）連接，一端運行于整流狀態(tài)，稱之為送端站；另一端運行于逆變狀態(tài)，稱之為受端站。兩站協(xié)調(diào)運行能夠?qū)崿F(xiàn)兩端交流系統(tǒng)間有功功率的交換。 圖4-25 兩端VSC-HVDC結(jié)構(gòu)示意圖 兩端VSC-HVDC輸電系統(tǒng)可以看作為兩個獨立的基于VSC技術(shù)的STATCOM通過直流線路連接合成的系統(tǒng)。對于交流系統(tǒng)而言，交流系統(tǒng)只向VSC-HVDC換流站(STATCOM)提供連接節(jié)點，即換流站與交流系統(tǒng)是并聯(lián)的。由以上VSC-HVDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點分析可知，VSC-HVDC具有STATCOM動態(tài)無功補償?shù)墓δ堋３酥?，由于兩個VSC的直流側(cè)互聯(lián)，它們之間具備功率交換的能力，可以在互聯(lián)系統(tǒng)間進行有功功率的傳輸。當(dāng)不計換流變壓器和換流電抗器的電阻時，VSC交流母線電壓基頻分量與交流輸出電壓的基頻分量共同作用于換流變壓器和換流電抗器的等效電抗并決定了VSC與交流系統(tǒng)間交換的有功功率P和無功功率Q分別為由式(4-5)可知，有功功率的傳輸主要取決于相對于的移相角度當(dāng)時，VSC吸收有功功率，VSC運行于整流狀態(tài)：當(dāng)時，VSC發(fā)出有功功率，運行于逆變狀態(tài)。調(diào)節(jié)角就可以控制VSC-HVDC傳輸有功功率的大小和方向。無功功率的交換主要取決于VSC交流側(cè)輸出電壓的基波幅值當(dāng)時，VSC吸收無功功率；當(dāng)時，VSC發(fā)出無功功率?？刂频姆?，可以控制VSC吸收或發(fā)出的無功功率。 綜上所述，VSC-HVDC不僅能夠控制輸送的有功功率，還可以同時控制換流站注入交流系統(tǒng)的無功功率。此外，為保證VSC-HVDC正常運行，輸入直流網(wǎng)絡(luò)的有功功率必須等于直流網(wǎng)絡(luò)輸出的有功功率與換流站和直流網(wǎng)絡(luò)的有功功率損耗之和。任何功率的不平衡，都將會引起直流電壓的升高或降低。為了實現(xiàn)VSC-HVDC有功功率的自動平衡，必須選擇一端換流站控制直流側(cè)電壓，充當(dāng)整個直流網(wǎng)絡(luò)的有功功率平衡換流器，其他換流站則可在額定容量允許的范圍內(nèi)任意設(shè)定有功功率。 VSC-HVDC與HVDC比較具有下列顯著的技術(shù)優(yōu)勢： (1) VSC-HVDC換流站可以工作在無源換流的方式，不需要外加的換相電壓，從而克服了HVDC必須連接于有源網(wǎng)絡(luò)的根本缺陷，使利用VSC-HVDC為遠(yuǎn)距離的孤立負(fù)荷（如海上石油平臺、海島）送電成為可能。 (2) VSC-HVDC在進行精確有功功率控制的同時，還可以對無功功率進行控制，較HVDC的控制更加靈活。 ( 3) VSC-HVDC不僅不需要交流系統(tǒng)提供無功功率，而且能夠起到STATCOM的作用，穩(wěn)定交流母線電壓。若換流站容量允許，當(dāng)交流電網(wǎng)發(fā)生故障時，既可以向故障區(qū)域提供緊急有功功率支援，又可以提供緊急無功功率支援，提高交流系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性。 (4) VSC-HVDC潮流翻轉(zhuǎn)時，其直流電壓極性不變，直流電流方向反轉(zhuǎn)，與HVDC恰好相反。這個特點有利于構(gòu)成多端直流輸電網(wǎng)絡(luò)。 (5) VSC-HVDC采用VSC和PWM技術(shù)，省去了換流變壓器。在交流母線上安裝一組高通濾波器即可滿足濾波需求，在同等容量下的占地面積顯著小于HVDC換流站，使直流輸電在較短距離上也可以和交流輸電競爭。今后還可用于城市配電系統(tǒng)增容，并用于接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。 由于獨特的技術(shù)優(yōu)勢，VSC-HVDC可在孤島供電、風(fēng)電場等新能源并網(wǎng)、電能質(zhì)量控制、城市負(fù)荷中心供電、弱電網(wǎng)互聯(lián)、鉆井平臺變頻調(diào)速等方面獲得廣泛應(yīng)用。 三、其他輸電技術(shù)展望 智能電網(wǎng)的內(nèi)涵是隨著技術(shù)進步而不斷發(fā)展的，許多前瞻性技術(shù)代表了智能電網(wǎng)未來的發(fā)展方向和電力技術(shù)的需求方向。本部分從定義、研究現(xiàn)狀、支撐作用和未來前景等方面對其他輸電技術(shù)進行展望。 （一）超導(dǎo)輸電技術(shù) 高溫超導(dǎo)電纜是超導(dǎo)輸電技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)進步較快、有望在不久的將來獲得廣泛工程應(yīng)用的輸電技術(shù)。高溫超導(dǎo)電纜由電纜芯、低溫容器、終端和冷卻系統(tǒng)四個部分組成，其中電纜芯是高溫超導(dǎo)電纜的核心部分，包括通電導(dǎo)體、電絕緣和屏幕導(dǎo)體等主要部件。 高溫超導(dǎo)電纜是采用無阻的、能傳輸高電流密度的超導(dǎo)材料作為導(dǎo)電體并能傳輸大電流的一種電力設(shè)施，具有體積小、重量輕、損耗低和傳輸容量大的優(yōu)點，可以實現(xiàn)低損耗、高效率、大容量輸電。高溫超導(dǎo)電纜的傳輸損耗僅為傳輸功率的0.5%，比常規(guī)電纜5%8%的損耗要低得多。在重量、尺寸相同的情況下，與常規(guī)電力電纜相比，高溫超導(dǎo)電纜的傳輸容量可提高35倍、損耗下降60%，可以明顯地節(jié)約占地面積和空間，節(jié)省寶貴的土地資源。用高溫超導(dǎo)電纜改裝現(xiàn)有地下電纜系統(tǒng)，不但能將傳輸容量提高3倍以上，而且能將總費用降低20%。利用高溫超導(dǎo)電纜還可以改變傳統(tǒng)輸電方式，采用低電壓、大電流傳輸電能。因此，高溫超導(dǎo)電纜可以大大降低電力系統(tǒng)的損耗，具有可觀的經(jīng)濟效益。 美國、日本、丹麥、韓國等國家先后研制出長度數(shù)十米至百米、0.83kA、12.513 8kV超導(dǎo)電纜，并進行了額定通流、負(fù)荷轉(zhuǎn)移、短路過載、耐壓和模擬地下及過河等環(huán)境下的性能試驗。美國長島610m、2.4kA三相超導(dǎo)電纜是世界上第一條在138kV輸電網(wǎng)中應(yīng)用的最長的超導(dǎo)電纜，由并行排列的3條獨立單相超導(dǎo)電纜通過6個終端裝置與電網(wǎng)相連，采用液氮冷卻，為30萬戶、600MW容量的家庭用戶供電，自2008年4月至今一直穩(wěn)定運行。 2004年4月中國第一組實用高溫超導(dǎo)電纜在云南普吉并網(wǎng)運行，為33.5m、35kV/2kA戶外分相、室溫絕緣、鉍系高溫超導(dǎo)電纜；同年，75m、10.5kV/1.5kA三相室溫絕緣、鉍系高溫超導(dǎo)電纜在甘肅投運。 高溫超導(dǎo)電纜首先應(yīng)用于短距離、大電流的輸電場合。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，未來將應(yīng)用于大容量遠(yuǎn)距離輸電，替換海底電纜，實現(xiàn)離岸風(fēng)電場接入等。 （二）多端直流輸電技術(shù) 多端直流輸電(Multi-Terminal HVDC，MTDC)系統(tǒng)由3個或3個以上換流站以