电力系统潮流计算解析ppt课件.ppt

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1、电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章4.2 复杂电力系统潮流的计算机算法复杂电力系统潮流的计算机算法基本要求：基本要求：本节着重介绍运用电子计算机计算电力系统本节着重介绍运用电子计算机计算电力系统潮流分布的方法，它是复杂电力系统稳态和潮流分布的方法，它是复杂电力系统稳态和暂态运行的基础。暂态运行的基础。运用计算机计算系统潮流的步骤，一般包括：运用计算机计算系统潮流的步骤，一般包括：建立数学模型、确定计算方法建立数学模型、确定计算方法、制定框图和、制定框图和编制程序；编制程序；本节着重前两步。本节着重前两步。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章主要内容及其关系主要内容及其关系潮潮

2、流流方方程程组组节点电压方程节点电压方程注入电流方程注入电流方程UYI节点导纳矩阵节点导纳矩阵/直角坐标直角坐标潮潮流流算算法法节点的分类与潮流方程变量的性质节点的分类与潮流方程变量的性质求解非线性方程的牛顿拉夫逊算法求解非线性方程的牛顿拉夫逊算法求解潮流方程组的牛顿拉夫逊算法求解潮流方程组的牛顿拉夫逊算法边界条件边界条件Y逐次线逐次线性化性化njjijiUYI14.2 复杂电力系统潮流的计算机算法复杂电力系统潮流的计算机算法电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章一、电力网功率方程一、电力网功率方程l网络的计算可以通过列写并求解电力网络方程；网络的计算可以通过列写并求解电力网络方程；l电

3、力网络方程电力网络方程指将网络的有关参数和变量及指将网络的有关参数和变量及其相互关系归纳起来组成的，反映网络特性的数其相互关系归纳起来组成的，反映网络特性的数学方程式组。如学方程式组。如节点电压方程节点电压方程、回路电流方程回路电流方程，相应有：相应有：l（1）节点导纳矩阵节点导纳矩阵l（2）节点阻抗矩阵）节点阻抗矩阵l此处以此处以节点电压方程节点电压方程为主为主（详见电路基本理论）（详见电路基本理论） 。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章网络元件：恒定参数网络元件：恒定参数发电机：电压源或电流源发电机：电压源或电流源负荷：恒定阻抗负荷：恒定阻抗电力网电力网代数方程代数方程（一）节点

4、电压方程（一）节点电压方程电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章注意：注意：零电位是不零电位是不编号的！编号的！负荷用阻抗表示负荷用阻抗表示以母线电压作为待求量以母线电压作为待求量电力系统接线图电力系统接线图124I1y243I4y10y12y20y23y34y40y30电压源变为电流源电压源变为电流源1234（一）节点电压方程（一）节点电压方程电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章以零电位作为参考，根据以零电位作为参考，根据基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律12112110)(IUUyUy 0)()()(422432232201212 UUyUUyUyUUy0)()(3304334

5、2323 UyUUyUUy444034342424)()(IUyUUyUUy 124I1y243I4y10y12y20y23y34y40y30（一）节点电压方程（一）节点电压方程电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章4444343242434333232424323222121121211100 IUYUYUYUYUYUYUYUYUYUYIUYUY 34244044342330331224232022121011yyyYyyyYyyyyYyyY 344334244224233223122112yYYyYYyYYyYY 其中其中（一）节点电压方程（一）节点电压方程电力系统潮流计算电力系统潮

6、流计算第四章第四章nnnnnnnnnnIUYUYUYIUYUYUYIUYUYUY22112222212111212111推广到推广到n 个独立节点的网络，个独立节点的网络， 有，有，n 个节点方程：个节点方程：（二）基本网络方程（二）基本网络方程电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章 nnnnnnnnIIIUUUYYYYYYYYY2121212222111211n 个独立节点的网络，个独立节点的网络，n 个节点的网络方程个节点的网络方程IYU Y：节点导纳矩阵节点导纳矩阵Yii ：节点节点i的自导纳的自导纳Yij ：节点节点i、j间的互导纳间的互导纳（二）基本网络方程（二）基本网络方程电

7、力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章nijjijiiiijUiiiiyyYUIYj10), 0(Y Y 矩阵元素的物理意义矩阵元素的物理意义自导纳自导纳/ /输入导纳输入导纳Yii：当网络中除节点当网络中除节点i以外以外所有节点都接地时，从节所有节点都接地时，从节点点i注入网络的电流同施加注入网络的电流同施加于节点于节点i的电压之比。的电压之比。Yii：节点节点i以外的所有节点以外的所有节点都接地时，节点都接地时，节点i对地的总对地的总导纳。导纳。（三）节点导纳矩阵（三）节点导纳矩阵Y电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章ijjiijijUjiijyYYUIYi), 0(Y Y 矩

8、阵元素的物理意义矩阵元素的物理意义互导纳互导纳Yij：当网络中除节点当网络中除节点j以外以外所有节点都接地时，从节点所有节点都接地时，从节点i注入网络的电流同施加于注入网络的电流同施加于节点节点j的电压之比。的电压之比。节点节点i的电流实际上是自网的电流实际上是自网络流出并进入地中的电流，络流出并进入地中的电流，所以所以Yij应等于节点应等于节点i、j之间之间导纳的负值。导纳的负值。（三）节点导纳矩阵（三）节点导纳矩阵Y电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章（三）节点导纳矩阵（三）节点导纳矩阵Y节点节点i的电流实际上是自网络流出并进入地中的电流实际上是自网络流出并进入地中的电流（的电流（

9、而物理定义的电流方向为注入网络，而物理定义的电流方向为注入网络，与实际相反与实际相反），所以），所以Yij应等于节点应等于节点i、j之间导之间导纳的负值。纳的负值。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章节点导纳矩阵节点导纳矩阵Y 的特点的特点1. 直观易得的直观易得的n阶方阵阶方阵2. 稀疏矩阵稀疏矩阵3. 对称矩阵对称矩阵（三）节点导纳矩阵（三）节点导纳矩阵Y电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章（四）功率方程（四）功率方程YVI 对节点电压方程进行修改对节点电压方程进行修改以节点功率替代节点注入电流以节点功率替代节点注入电流njVYInjjiji,.,2 , 1 1电力系统潮流

10、计算电力系统潮流计算第四章第四章njjijiVYI1njjijiiiVYVIV1njjijiiiVYVjQP1*（四）功率方程（四）功率方程njjijiiinjjijiiiVYVjQPVYVjQP11，即或者电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章强调强调 、 的含义：的含义：节点注入功率，流入为正，流出为负。节点注入功率，流入为正，流出为负。 iPiQ（四）功率方程（四）功率方程njjijiiinjjijiiiVYVjQPVYVjQP11，即或者为避免复杂的复数计算，将上述方程的为避免复杂的复数计算，将上述方程的实部和虚步实部和虚步分开分开，从而对，从而对每一节点可得两个实数方程每一节点

11、可得两个实数方程；借助数学手段，可将功率方程展开成两种实数形式：借助数学手段，可将功率方程展开成两种实数形式：直角坐标式直角坐标式极坐标式极坐标式njjijiiiVYVjQP1*电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章（1 1）直角坐标下的数学方程）直角坐标下的数学方程 njjijiiiVYVjQP1*iiijfeVijijijjBGY将将 和和 代入代入 111111()()()()()()()()()()niiiiijijjjjniiijjijjijjijjjnniijjijjiijjijjjjnniijjijjiijjijjjjPjQejfGjBejfejfG eB fj G fB

12、eeG eB ffG fB ej fG eB feG fB e 电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章个方程数则为个未知量显然一共未知量：n2n4).3 , 2 , 1(,niQPfeiiii, ,得到直角坐标下的数学方程得到直角坐标下的数学方程（1 1）直角坐标下的数学方程）直角坐标下的数学方程 电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章（2 2）极坐标下的数学方程）极坐标下的数学方程ijiieVVnjjijiiiVYVjQP1*ijijijjBGY将将 和和 代入代入 电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章1(cossin)niijijijijijjPVVGB 1(cossi

13、n)niijijijijijjQVVBG 得极坐标下的数学方程得极坐标下的数学方程（2 2）极坐标下的数学方程）极坐标下的数学方程个方程数则为个未知量显然一共未知量：n2n4).3 , 2 , 1(,niQPViiii电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章 至此已成为纯粹的数学问题，重点就是如何解以上至此已成为纯粹的数学问题，重点就是如何解以上的方程组；的方程组； 不论何形式的功率方程，对不论何形式的功率方程，对n n个节点的网络，均有个节点的网络，均有2n2n个方程、个方程、4n4n个变量；个变量； 显然，从数学的角度，必须给定其中显然，从数学的角度，必须给定其中2n2n个变量，才个变

14、量，才能求解功率方程能求解功率方程（四）功率方程（四）功率方程母线节点的分类问题母线节点的分类问题（潮流计算的定解条件）（潮流计算的定解条件）；牛顿牛顿- -拉夫逊法拉夫逊法/ /切线法切线法高斯赛德尔法高斯赛德尔法PQPQ分解法分解法/ /快速解耦法快速解耦法 具体求解的方法。具体求解的方法。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章潮流计算中节点类型的划分潮流计算中节点类型的划分按母线的性质、电源运行方式及计算的要求，按母线的性质、电源运行方式及计算的要求，分三类：分三类：3.3. 平衡节点基准节点：平衡节点基准节点：也称松弛/摇摆节点 ，一般为主调频电厂的母线，只有一个。12345平衡

15、节点平衡节点PQ节点节点PQ节点节点PV节点节点PQ节点节点1. PQ节点：已知P、Q 负荷、过渡节点，降压变电所母线及PQ给定的发电机节点，大部分节点为PQ节点。2. PV节点：已知P、V 给定PV的发电机节点， 具有可调电源的变电所，节点数目较少。1. PQ节点：节点：2. PV节点：节点：3. 平衡节点平衡节点基准节点：基准节点：已知V、3s2s4s二、节点的分类二、节点的分类电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章二、节点的分类二、节点的分类电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章节点的分类节点的分类二、节点的分类二、节点的分类电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章例题：

16、例题：IEEE-22IEEE-22节点类型的划分节点类型的划分平衡节点平衡节点PV节点节点PQ节点1）平衡节点从发电机节点中选择）平衡节点从发电机节点中选择3）负荷节点和其它中间节点一般选作）负荷节点和其它中间节点一般选作PQ节点节点2）除平衡节点以外的发电机节点一般选作）除平衡节点以外的发电机节点一般选作PV节点，节点，装有无功补偿装置的中间节点也可选作装有无功补偿装置的中间节点也可选作PV节点节点电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章三、牛顿拉夫逊迭代法三、牛顿拉夫逊迭代法原理：原理：求解此方程。设有非线性方程0)(yxf将满足，则真解，它与真解的误差为先给定解的近似值,)0()0(

17、)0()(xxxxxo0)0()0()(yxxf按泰勒级数展开，并略去高次项按泰勒级数展开，并略去高次项0)0()0()0()()(yxxfxf（常用于解非线性方程）（常用于解非线性方程）电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章)()()0()0(0)0(xfxfyx)0()0()1(xxx 修正修正)()()1()1(0)1(xfxfyx2)(1)()( kkxxf或或直直至至三、牛顿拉夫逊迭代法三、牛顿拉夫逊迭代法（又称切线法）（又称切线法）)(kx)1( kx)2( kx)3( kxxy.非线性曲线的切线与非线性曲线的切线与y=y0的交点为的交点为新的起点新的起点y0电力系统潮流计算

18、电力系统潮流计算第四章第四章牛顿法的一般迭代公式：牛顿法的一般迭代公式： 迭代过程的收敛判据：迭代过程的收敛判据： )()()()(0)()1(kkkkkkxfxfyxxxx三、牛顿拉夫逊迭代法三、牛顿拉夫逊迭代法2)(1)()(kkxxf或电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章例题：例题： 21200 x 4()0.000003289f x 210,( )120,( )2oxf xxfxx 1()201011()20oof xxxfx 1211()11110.9141414()22f xxxfx 2322()0.881517510.914141410.954526()2 10.9141

19、414f xxxfx 3433()0.0016398810.95452610.954451()2 10.954526f xxxfx 三、牛顿拉夫逊迭代法三、牛顿拉夫逊迭代法)()()()(0)1(kkkkxfxfyxx电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章nnnnnyxxxfyxxxfyxxxf）多变量非线性方程组：,(,(,(2122121211三、牛顿拉夫逊迭代法三、牛顿拉夫逊迭代法电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章则有：，设近似解与精确解相差。，其近似解为)0()0(2)0(1)0()0(2)0(1nnxxxxxxnnnnnnnnyxxxxxxfyxxxxxxfyxxxx

20、xxf）)0()0()0(2)0(2)0(1)0(12)0()0()0(2)0(2)0(1)0(121)0()0()0(2)0(2)0(1)0(11,(,(,(三、牛顿拉夫逊迭代法三、牛顿拉夫逊迭代法电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章并只取一次项：将上式按泰勒级数展开,inniiininniyxxfxxfxxfxxxfxxxxxxf) 0(0) 0(202) 0(101) 0() 0(2) 0(1) 0() 0() 0(2) 0(2) 0(1) 0(1,(,(）三、牛顿拉夫逊迭代法三、牛顿拉夫逊迭代法由由此此可可得得：nnnnnnnnnnnyxxfxxfxxfxxxfyxxfxxfx

21、xfxxxf）（）（）（）（）（）（）0002020101)0()0(2)0(110010202101011)0()0(2)0(11,(,(电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章为：线性方程或修正方程组) 0() 0(2) 0(1002010202201201021011) 0() 0(2) 0(1) 0() 0(2) 0(122) 0() 0(2) 0(111,(,(,(nnnnnnnnnnnnxxxxfxfxfxfxfxfxfxfxfxxxfyxxxfyxxxfy）三、牛顿拉夫逊迭代法三、牛顿拉夫逊迭代法fXJ电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章牛顿法的修正方程式：xJf 阶

22、方阵的雅可比矩阵，nifJ（1）将）将xi(0)代入，算出代入，算出f，J中各元素，代入上式方程组，中各元素，代入上式方程组，解出修正量解出修正量xi(0)；（2）修正）修正xi(1) xi(0) xi(0) ，算出，算出f，J中各元素，代入上中各元素，代入上式方程组，解出式方程组，解出 xi(1) ；2)(1)(x)x( kkf或或直至直至三、牛顿拉夫逊迭代法三、牛顿拉夫逊迭代法计算步骤：计算步骤：注意注意：xi的初值要尽量选得接近其精确值。的初值要尽量选得接近其精确值。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算1 1、潮流计算时的修

23、正方程式、潮流计算时的修正方程式直角坐标下的牛顿拉夫逊法潮流计算直角坐标下的牛顿拉夫逊法潮流计算 首先对网络中各节点作如下约定：首先对网络中各节点作如下约定：（1）网络中有）网络中有m个个PQ节点节点，编号为，编号为1，2，m；（2）nm1个个PV节点节点，编号为，编号为m+1,m+2,， n 1.（3）1个平衡节点个平衡节点，编号为，编号为n，然后，针对各节点列写方程：然后，针对各节点列写方程：电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章,1 1,2,1,1PQPVn m nmm mnn 11()()nniiijjijjiijjijjjjPeG eB ffG fB e()PVPQi 11()

24、()nniiijjijjiijjijjjjQfG eB feG fB e 222iiiVefPViPQi m个个PQ节点节点(n-m-1)个个PV节点，此类方程共节点，此类方程共n-1个个m个个PQ节点，此类方程共节点，此类方程共m个个此类方程共此类方程共n-m-1个个方程数：方程数： ) 1( 211nmnmn（因为（因为n号节点为平衡节点，其电压是给定，故不参加迭代。）号节点为平衡节点，其电压是给定，故不参加迭代。）未知量：未知量： )(,PVPQiiife个共) 1(2n四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章injjijjij

25、ijijjijiiPeBfGffBeGefeP1)(),(injjijjijijijjijiiQeBfGefBeGffeQ1)(),(2222),(iiiiVfefeV四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算nnnnnyxxxfyxxxfyxxxf）多变量非线性方程组：,(,(,(2122121211电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章njjijjijijijjijiiiiieBfGffBeGePefPPP1)(),(njjijjijijijjijiiiiieBfGefBeGfQefQQQ1)(),(222222),(iiiiiifeVfeVVV相应的，根据相应的，根据

26、 ，可得，可得 四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算)()(xfyxf)(xfJxJf，而由前有电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章efeefUeefQeefPfefUfefQfefPefSLNRJHUQP),(),(),(),(),(),(222xJf四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算用直角坐标表示的修正方程：用直角坐标表示的修正方程：电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章211211112nnmmmmUPUPQPQPUQPf111111nnmmmmefefefefefx按照节点编号顺序重新排列，有：按照节点编号顺序重新排列，有：四、牛

27、顿拉夫逊迭代法潮流计算四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算,1 1,2,1,1PQPVn m nmm mnn PQ节点节点PV节点节点PQ节点节点PV节点节点xJf电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章) 1)(1() 1)(1() 1)(1() 1)(1() 1() 1(1 ) 1(1 ) 1() 1)(1() 1)(1() 1)(1() 1)(1() 1() 1(1 ) 1(1 ) 1() 1)(1() 1)(1() 1)(1() 1)(1() 1() 1(1 ) 1(1 ) 1() 1)(1() 1)(1() 1)(1() 1)(1() 1() 1(1 ) 1(1 ) 1() 1() 1(

28、) 1() 1(11) 1() 1() 1(11) 1( 1) 1( 1) 1( 1) 1( 1111111) 1( 1) 1( 1) 1( 1) 1( 1111111) 1(nnnnmnmnmnmnnnnnnnmnmnmnmnnnnmnmmmmmmmmmmmnmnmmmmmmmmmmmnmnmmmmmmmmmmmnmnmmmmmmmmmnnmmmmnnmmmmSRSRSRSRNHNHNHNHSRSRSRSRNHNHNHNHLJLJLJLJNHNHNHNHLJLJLJLJNHNHNHNHJmm四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算PQ节点节点PV节点节点2m2（n-m-1）2

29、m2（n-m-1）电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章雅可比矩阵的各元素：雅可比矩阵的各元素：jiijjiijePNfPH jiijjiijeQLfQJ jiijjiijeUSfUR 22四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算具体见课本具体见课本4-88、4-89njjijjijijijjijiieBfGffBeGefeP1)(),(njjijjijijijjijiieBfGefBeGffeQ1)(),(222),(iiifefeV电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章雅可比矩阵的特点：雅可比矩阵的特点： （1）雅可比矩阵各元素均是节点电压相量的函数，）雅可比矩

30、阵各元素均是节点电压相量的函数，在迭代过程中，在迭代过程中，各元素的值将随着节点电压相量的变化各元素的值将随着节点电压相量的变化而变化而变化。因此，在迭代过程中要不断重新计算雅可比矩。因此，在迭代过程中要不断重新计算雅可比矩阵各元素的值；阵各元素的值； （2）雅可比矩阵各非对角元素均与互导纳）雅可比矩阵各非对角元素均与互导纳YijGijjBij有关，当有关，当Yij0，这些非对角元素也为，这些非对角元素也为0，雅可比矩阵，雅可比矩阵与节点导纳矩阵有相同的与节点导纳矩阵有相同的稀疏性稀疏性结构；结构； （3）非对称矩阵非对称矩阵。四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算四、牛顿拉夫逊迭代法潮流计算电力系统潮

31、流计算电力系统潮流计算第四章第四章输入原始数据输入原始数据形成节点导纳矩阵形成节点导纳矩阵按公式按公式4-884-88、4-994-99计算雅可比矩阵各元素计算雅可比矩阵各元素计算平衡节点功率及全部线路功率计算平衡节点功率及全部线路功率输出输出 给定节点电压初值给定节点电压初值 (0)(0),iief0k 用公式计算用公式计算( )( )2( ),kkkiiiPQV及及 解修正方程式，求解修正方程式，求( )( ),kkiief(1)( )( )(1)( )( ),kkkkkkiiiiiieeefff 1kk是是否否计算步骤 电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章n1、节点导纳矩阵节点导

32、纳矩阵，节点导纳矩阵节点导纳矩阵各元素的各元素的物理意义物理意义，导纳矩阵的导纳矩阵的对称性和稀疏性对称性和稀疏性；n 2、网络、网络节点的分类节点的分类，数学模型中已知条件和待求量；，数学模型中已知条件和待求量；n 3、牛顿拉夫逊牛顿拉夫逊迭代法迭代法原理原理，牛顿拉夫逊迭代法，牛顿拉夫逊迭代法直角坐直角坐标形式标形式的的功率误差方程功率误差方程和和电压误差方程电压误差方程，雅可比矩阵雅可比矩阵与与修正修正方程方程，牛顿拉夫逊迭代法潮流计算的，牛顿拉夫逊迭代法潮流计算的求解步骤求解步骤。主要内容小结：主要内容小结：电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章4.3 灵活交流输电系统灵活交流输

33、电系统l灵活交流输电系统灵活交流输电系统（Flexible AC Transmission System-“FACTS”）的的定义定义：最初最初-l除了直流输电之外的，所有将电力电子技术用于除了直流输电之外的，所有将电力电子技术用于输电控制的实际应用技术。输电控制的实际应用技术。1995年年IEEECIGRE（高电压大电力系统国际联合（高电压大电力系统国际联合会会 ）在共同发行的）在共同发行的FACTS Overview中正式确中正式确定为定为-l应用现代电力电子技术及其它静态控制器，增加应用现代电力电子技术及其它静态控制器，增加系统可控度与提高输电容量的交流输电系统。系统可控度与提高输电容量

34、的交流输电系统。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统l由定义可知，由定义可知，FACTS包含三层含义包含三层含义：FACTS代表一种交流输电系统，不过代表一种交流输电系统，不过其柔韧性其柔韧性即可控、可调性更好即可控、可调性更好，有别于现有交流输电系，有别于现有交流输电系统，故也称为统，故也称为柔性交流输电系统柔性交流输电系统；FACTS的结构基础是的结构基础是电力电子器件与其它静态电力电子器件与其它静态控制器件控制器件（如电容器、电抗器）；（如电容器、电抗器）；FACTS的主要目的的主要目的-通过对系统的电压、电通过对系统的电压、电流、相位差、功率和阻

35、抗等主要参数进行灵活流、相位差、功率和阻抗等主要参数进行灵活控制，从而达到：控制，从而达到：一是，一是，最大限度地提高现有输电线路的输电能力最大限度地提高现有输电线路的输电能力；二是，二是，提高输电网潮流的可控性提高输电网潮流的可控性。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统lFACTS技术对电力系统的主要作用：技术对电力系统的主要作用：控制联络线的潮流。控制联络线的潮流。使输电线路在接近其热稳定极限处安全运行。使输电线路在接近其热稳定极限处安全运行。减少控制区域内的备用发电容量。减少控制区域内的备用发电容量。限制设备故障的影响，避免连锁反应和事故限制设备故

36、障的影响，避免连锁反应和事故扩大。扩大。阻尼功率震荡。阻尼功率震荡。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统lFACTS要素元件要素元件以以晶闸管为代表晶闸管为代表的电力电子器件以的电力电子器件以电电容、电感为主容、电感为主的静态补偿元件。的静态补偿元件。l凡是采用了电力电子技术与静态控制元件，凡是采用了电力电子技术与静态控制元件，以以提高系统可控性和传输能力提高系统可控性和传输能力的设备均可称的设备均可称为为FACTS控制器，也称为控制器，也称为FACTS装置装置。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统一、典型一、典型

37、FACTS控制器控制器根据其与系统的连接形式，大致可分为：根据其与系统的连接形式，大致可分为： 并联型，串联型并联型，串联型以及以及综合串、并联型控制器。综合串、并联型控制器。1、并联型、并联型FACTS控制器：无功控制、电压调节、控制器：无功控制、电压调节、改善系统稳定性改善系统稳定性1）静止无功补偿器）静止无功补偿器SVC（Static Var Compensator）l最早的最早的FACTS控制器，其应用始于控制器，其应用始于20世纪世纪60年代。年代。l只能提供感性只能提供感性（TCR-Thyristor Controlled Reactor 晶闸管控制的电抗器）晶闸管控制的电抗器）或

38、容性无功或容性无功（TSC- -Thyristor Switched Capacitor晶闸管投切电容器、晶闸管投切电容器、部分还包括部分还包括FC-Fixed Capacitor固定电容器组）；固定电容器组）；电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统2）有源）有源/先进静止无功发生器先进静止无功发生器ASVG/SVG（Advanced Static Var Generator）或者高）或者高级静止无功补偿器级静止无功补偿器ASVC（Advanced Static Var Compensator）或者静止调相器）或者静止调相器STATCOM（Static C

39、ondenser）l基本结构：基本结构：由可关断晶闸管构成的电压源型由可关断晶闸管构成的电压源型DC/AC逆变器，发出与系统同频且三相对称的正弦电压，逆变器，发出与系统同频且三相对称的正弦电压，且可对此三相电压的幅值和相位进行快速的调节与且可对此三相电压的幅值和相位进行快速的调节与控制。控制。l基本功能：基本功能：从电网中从电网中吸收吸收或者向电网中或者向电网中输送连续可输送连续可调的无功功率调的无功功率，以维持接入点的电压恒定，并利于，以维持接入点的电压恒定，并利于系统的无功功率平衡。系统的无功功率平衡。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统通过调节控制

40、逆变器输出电压的幅值，实通过调节控制逆变器输出电压的幅值，实现其与系统的无功交换。现其与系统的无功交换。通过调节逆变器输出电压的相位，实现其通过调节逆变器输出电压的相位，实现其与系统间的有功交换。与系统间的有功交换。l优点：优点：能向系统提供感性和容性无功，且不受系能向系统提供感性和容性无功，且不受系统电压的影响；统电压的影响；故而在系统故障情况下，其维持系统电压、故而在系统故障情况下，其维持系统电压、防止电压崩溃、维持系统暂态稳定性的作防止电压崩溃、维持系统暂态稳定性的作用效果优于用效果优于SVC。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统3）可控快速制动电

41、阻）可控快速制动电阻（TCBR-Thyristor Controlled Braking Resistance） -晶闸管控制的、用于提高系统稳晶闸管控制的、用于提高系统稳定性、减少发电机功率波动的制动电阻，定性、减少发电机功率波动的制动电阻，其其电阻值可以动态连续调节电阻值可以动态连续调节。l制动原理：制动原理：消耗消耗由于系统故障造成的由于系统故障造成的不平衡功率不平衡功率（机械功率与电磁功率功率（机械功率与电磁功率功率之差）来控制速度，进而提高同步发电之差）来控制速度，进而提高同步发电机的稳定极限。机的稳定极限。 电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系

42、统4）超导磁储能系统（）超导磁储能系统（SMESS-Superconducting Magnetic Energy Storage System）l基本构成：磁铁以及缠绕在磁铁上的超导导线线基本构成：磁铁以及缠绕在磁铁上的超导导线线圈。圈。l工作原理：利用并联连接的开关转换装置，与电工作原理：利用并联连接的开关转换装置，与电网快速的交换能量：网快速的交换能量：当电网中负荷小时，把多余的电能储存起来；当电网中负荷小时，把多余的电能储存起来；负荷大时又把电能送回电网；负荷大时又把电能送回电网；可平衡负荷、抑制负荷激变造成的震荡，还不可平衡负荷、抑制负荷激变造成的震荡，还不消耗能量消耗能量，技术经济

43、性较好。，技术经济性较好。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统5）电池储能系统（）电池储能系统（BESS-Battery Energy Storage System ） -将直流电池组与交流电网连接起来的电压源将直流电池组与交流电网连接起来的电压源型逆变器，须要通过一定的控制策略来控制电池型逆变器，须要通过一定的控制策略来控制电池组充放电周期，以维持直流电源电压的恒定。组充放电周期，以维持直流电源电压的恒定。l多用于多用于平衡负荷变化以及储备能量平衡负荷变化以及储备能量。l突出的优点：提高输电的稳定性以及给系统提供突出的优点：提高输电的稳定性以及给系统提

44、供有力的有功支持。有力的有功支持。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统2、串联型、串联型FACTS控制器：控制器：补偿线路电抗、调节有补偿线路电抗、调节有功、增大输送功率稳定极限功、增大输送功率稳定极限1）可控移相器（）可控移相器（TCPST- Thyristor-Controlled Phase Shifting Transformer ）l通过改变线路首末端电压间的相位，达到控制线通过改变线路首末端电压间的相位，达到控制线路潮流，提高线路输送功率极限和阻尼系统震荡路潮流，提高线路输送功率极限和阻尼系统震荡等作用。等作用。2）可控硅控制串联电容）可控硅

45、控制串联电容TCSC（Thyristor Controlled Series Compensator）通过改变）通过改变晶闸管的触发导通角度，来实现串补容抗大小的晶闸管的触发导通角度，来实现串补容抗大小的连连续可调续可调。3）静止同步串联补偿器）静止同步串联补偿器SSSC（ Static Synchronous Series Compensator）4）相间功率控制器）相间功率控制器IPC（Interphase Power Controller ）电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统3、综合串、并联型、综合串、并联型FACTS控制器控制器：统一潮流控制器

46、统一潮流控制器UPFC (Unified Power Flow Controller)两个电压源型的逆变器，分别与系统串、两个电压源型的逆变器，分别与系统串、并联连接。并联连接。l最具代表性的最具代表性的FACTS装置，性价比高，前装置，性价比高，前景广阔景广阔。l功能特点：功能特点： 控制电压、调节线路稳态潮流（有功、无功），控制电压、调节线路稳态潮流（有功、无功），并可有效改善系统稳定性、提高输电能力，集多并可有效改善系统稳定性、提高输电能力，集多个单一性能装置的功能为一体。个单一性能装置的功能为一体。电力系统潮流计算电力系统潮流计算第四章第四章灵活交流输电系统灵活交流输电系统二、二、FACTS控制器的功能特点控制器的功能特点储存电能储存电能根据电压控制要求产生或消耗无功根据电压控制要求产生或消耗无功补偿系统电压补偿系统电压快速、频繁、平滑调节系统电压、阻抗及功快速、频繁、平滑调节系统电压、阻抗及功率潮流率潮流 其作用覆盖了电力系统的暂态稳定、电压稳定、潮流控其作用覆盖了电力系统的暂态稳定、电压稳定、潮流控制等多个运行技术。制等多个运行技术。 FACTS装置显示的卓越性能，正对百年传统交流输电装置显示的卓越性能，正对百年传统交流输电系统带来一场深刻的革命。系统带来一场深刻的革命。