自然功率對于無損耗線路，在傳輸自然功率時，線路單位長度電感內吸收無功功率恰好等于單位長度電容容納所放出無功功率，即線路各處無功功率保持平衡，使得線路首端到末端功率、電壓都相等假如輸送功率大于自然功率時，單位長度電感吸收無功將大于電容所放出無功，造成線路無功不足，末端電壓將會降低；反之，當輸送功率小于自然功率時，單位長度電感吸收無功將小于電容所放出無功，造成線路無功剩下，末端電壓將會升高。對于遠距離交流輸電線路，因為穩定條件限制，使得線路傳輸功率往往達不到自然功率。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第1頁1。高壓直流輸電（HVDC）輸電方式發展電力工業萌芽階段，以愛迪生（1847～1931）為代表直流派主張從發電到輸電都采取直流，以西屋（1846～1914）為代表交流派則主張從發電到輸電都采取交流。因為多臺發電機同時運行問題處理以及變壓器、三相感應電動機創造和完善，交流系統在經濟技術上優越性日益突出，以致取得主導地位。如今，直流輸電技術深入發展，優勢也逐步表達，HVDC（HighVoltageDirectCurrent）在世界各大電力系統中應用漸增，使得當代電力系統成為交流中包含直流輸電系統交直流混聯絡統。我國第一條大型直流輸電線路工程－葛洲壩到上海±500kV、1080km高壓直流輸電線路已于1990年投入運行直流輸電和FACTS專題知識專家講座第2頁所謂直流輸電是將發電廠發出交流電用整流器變換成直流，經直流線路送至受端，再經逆變器變換成三相交流后送往用戶。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第3頁直流輸電系統原理接線圖（雙極）換流器換流閥閥閥臂直流輸電和FACTS專題知識專家講座第4頁換流站把三相交流電變換成直流電換流站逆變站：把直流線路送來直流電變換成交流電換流站整流站：極：換流站與直流線路連接端點直流輸電和FACTS專題知識專家講座第5頁

特點

只輸送有功功率，不輸送無功功率

換流閥在運行時，它對交流、直流系統兩側都將產生諧波在換流站兩側均必須采取濾除諧波辦法∴直流輸電和FACTS專題知識專家講座第6頁優點1.當輸送功率相同時,其線路造價低線路：2根架空線路桿塔結構較簡單線路走廊較窄2.當輸送功率相同時,其功率損耗小直流輸電和FACTS專題知識專家講座第7頁三相交流輸送功率:

雙極直流導體允許經過交流電流有效值當時直流對地電壓導體允許經過電流直流輸電和FACTS專題知識專家講座第8頁優點1.當輸送功率相同時,其線路造價低3.兩端交流電力系統不需要同時運行,輸電距離不受電力系統同時運行穩定性限制4.直流線路電壓、電流、功率調整比較輕易和快速2.當輸送功率相同時,其功率損耗小直流輸電和FACTS專題知識專家講座第9頁優點5.能夠實現不一樣頻率或相同頻率交流系統之間非同時聯絡6.直流輸電線路在穩態運行時沒有電容電流

沿線電壓分布平穩線路電壓降較小（僅電阻性壓降）線路部分不需要無功賠償裝置直流輸電和FACTS專題知識專家講座第10頁直流輸電主要用途1.遠距離大功率輸電2.海底電纜送電3.不一樣頻率或相同額定頻率非同時運行交流系統之間聯絡4.用地下電纜向用電密度高城市供電直流輸電和FACTS專題知識專家講座第11頁一.直流輸電接線方式單極直流輸電單極兩線直流輸電雙極直流輸電直流輸電和FACTS專題知識專家講座第12頁1.單極直流輸電特點:結構簡單，經濟地電流對地下埋設設備金屬物腐蝕嚴重直流輸電和FACTS專題知識專家講座第13頁陽極(鐵)陰極不腐蝕陰極直流輸電和FACTS專題知識專家講座第14頁2.單極兩線直流輸電

無大地回流所造成腐蝕問題直流輸電和FACTS專題知識專家講座第15頁3.雙極直流輸電直流輸電和FACTS專題知識專家講座第16頁直流輸電基本原理最簡單直流輸電系統，它由直流輸電線路、兩端換流站組成。換流站中主要設備有：換流器、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、無功賠償設備和斷路器。功率傳輸從交流系統1開始，經整流變壓器送入整流器變成直流；然后經過直流輸電線路送至逆換流器，變成三相交流后再經逆換流變壓器送給交流系統2。顯然，直流線路輸送完全是有功功率。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第17頁換流變壓器作用是經過調整其變比可方便地控制系統運行狀態。濾波器作用是抑制換流器運行時產生諧波電壓友好波電流，以確保電能質量。平波電抗器（電感值很大）作用是減小直流線路中諧波電壓友好波電流；確保直流電流在輕負荷時連續，在直流線路發生短路時限制整流器中短路電流峰值。無功賠償裝置作用是為換流器提供無功電源，因為換流器運行時需要從交流系統吸收大量無功功率，其穩態時吸收無功約為直流線路輸送有功50％，暫態過程更多。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第18頁換流器功效是把三相交流電變換成直流電或直流電變換成三相交流電，前者稱為整流，后者稱為逆變。對應換流設備稱為整流器和逆變器。換流器中最基本元件是閥元件，當代高壓直流輸電系統所用閥元件為普通晶閘管。為了滿足所需電壓和電流需要，用于直流輸電換流器可由一個或多個換流橋串并聯組成，換流橋為三相橋式換流電路，有6個橋臂，橋臂由閥元件組成。

直流輸電和FACTS專題知識專家講座第19頁可控硅導通條件1.閥承受正向電壓2.控制極得到觸發脈沖信號1.閥承受反向電壓2.電流過零可控硅導通后關斷條件直流輸電和FACTS專題知識專家講座第20頁假設1）三相電源對稱2）平波電抗很大,負載電流Id無紋波3）可控硅閥K1~K6為理想狀態導通時壓降為零，關斷后阻抗為無窮大4）換流變壓器等值電感Lc=0，則換相能夠瞬時完成直流輸電和FACTS專題知識專家講座第21頁直流輸電和FACTS專題知識專家講座第22頁觸發延遲角α=0時（閥陽極電壓一旦高于陰極電壓，便馬上在閥控制極上加觸發脈沖，使閥馬上導通。α＝ωτ）：直流輸電和FACTS專題知識專家講座第23頁K5K6導通—K5斷開—K1開通—K6K1導通—K6斷開—K2開通—K1K2導通六組輪番導經過程演示直流輸電和FACTS專題知識專家講座第24頁每一可控硅導通時間為1200電角度，每組可控硅導通時間600電角度。六組輪番導通K5、K6K1、K6K1、K2K3、K2K3、K4K5、K4直流輸電和FACTS專題知識專家講座第25頁直流輸電和FACTS專題知識專家講座第26頁觸發延遲角α≠0時（閥電壓為正后延遲一段時間τ再加觸發脈沖，即閥延時導通。α＝ωτ）：直流輸電和FACTS專題知識專家講座第27頁直流輸電和FACTS專題知識專家講座第28頁直流輸出電壓平均值Vdr直流輸電和FACTS專題知識專家講座第29頁直流輸出電壓隨控制角增加而降低當α由0→900時，Vdr由Vd0→0；有功功率從交流系統流向直流系統，換流器為整流狀態當α由900→1800時，Vdr由0→－Vd0；有功功率從直流系統流向交流系統，換流器為逆變狀態直流輸電和FACTS專題知識專家講座第30頁盡管直流系統只輸送有功功率，但同時整流器（其α∈[00,900]）和逆變器（其α∈[900,1800]）都要從交流系統吸收無功功率。Ptdc＋jQtdc為直流系統從交流系統抽出功率，Pts＋jQts為交流系統注入功率。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第31頁換流器只能單相導通，交流系統1向交流系統2輸送電能時，C1相當于電源，C2相對于負載，設直流線路電阻為R，可知線路電流為：輸送和接收功率為：直流線路電阻所消耗功率為：Pd1－Pd2多橋換流器基本方程（輸出直流電壓與交流電壓及觸發角關系）直流輸電和FACTS專題知識專家講座第32頁對于實際電路中Lc不為0，相電流不能瞬間突變，換相是個漸變過程，需要一定換相期，所對應電角度為換相角γ；熄弧角定義為δ＝α＋γ；對于逆變器用另外兩個角度：觸發超前角β＝π－α熄弧超前角μ＝π－δ直流輸電和FACTS專題知識專家講座第33頁直流系統電壓、電流調整能夠采取以下兩種路徑。調整觸發滯后角α（整流器）或熄弧超前角μ（逆變器）。即經過加到控制極(或控制柵)控制脈沖相位對電壓、電流進行調整，這種調整稱控制極調整。調整換流變壓器分接頭改變變壓器變比kT，以及改變交流系統電壓Vt1、Vt2。這種方法調整速度慢，只做為輔助調整伎倆。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第34頁可見直流輸電線路輸送電流和功率由兩端直流電壓所決定，與兩端交流系統頻率和電壓相位無關。所以可直接經過調整換流橋觸發角（α1、μ2）來快速（可達1～10ms）調整兩端直流電壓大小，進而調整傳輸電流和功率。這么，因為沒有穩定性約束，而且這種調整過程完全是由電子設備完成，所以比交流輸電方式更快速，而且調整幅度更大。可長距離輸送大容量電能。電力系統發生緊急功率缺口時應對更靈活快捷。電力系統暫態過程中，當快速大幅度調整輸送功率時，交流系統原動機并不馬上負擔全部功率增量，只是系統頻率發生對應改變。系統1頻率下降，系統2頻率升高，相當于先將系統1中全部轉動設備動能轉化為電能傳輸給了系統2，系統1頻率能夠在隨即增加原動機出力后逐步恢復。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第35頁直流輸電主要優點線路造價低。導線電流密度相同情況下，輸送一樣功率三相交流輸電需三根導線，而直流輸電僅需兩根導線。因而節約了材料，并降低了線路功率損耗（約少1/3)交流輸電主要問題之一是穩定性問題，大容量長距離輸電將使線路建設投資大大增加。直流輸電不但不存在穩定性問題，與交流輸電線路并列運行時還能提升交流系統穩定性。直流輸電系統能夠聯結兩個不一樣時或者頻率不一樣交流系統。系統運行穩定性電力系統中各同時發電機只有在同時運行(即全部發電機以相同速度旋轉且轉子相對角差較小)狀態下，才能使送出電功率為定值，并維持系統中任何點電壓、頻率和功率時尚為定值。假如一些發電機之間不能維持同時運行，其送出電功率以及對應節點電壓及對應線路時尚將發生大幅度周期性振蕩，假如失去同時機組之間不能快速恢復同時，系統供電質量就無法繼續確保，即電力系統失去了穩定運行狀態。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第36頁利用當代控制技術，直流輸電經過對換流器控制能夠快速地（毫秒級）調整線路上功率，從而提升交流系統穩定性。無充電電流，不需為了抑制容性電壓升高而并聯電抗器賠償。這點對于海底電纜長距離輸電意義尤其主要。可限制短路電流，線路短路暫態過程中電流不會超出2倍額定直流值直流輸電和FACTS專題知識專家講座第37頁直流輸電主要缺點換流站造價高要消耗較大無功功率換流裝置在交流側和直流側都要產生諧波電壓和電流，使變壓器和電容器產生附加損耗和發燒，并對控制和通信帶來干擾沒有過零點，熄弧困難，還沒有成熟高壓直流斷路器直流輸電和FACTS專題知識專家講座第38頁直流輸電主要缺點：換流站投資大。然而增加這部分投資可因線路投資小而得到賠償。交、直流系統輸電功率相同情況下，直流輸電到達一定距離時，建設換流站多花費投資恰好被直流輸電線路節約投資完全賠償，則稱這個距離為交、直輸電等值距離。伴隨電力電子技術進步，直流輸電技術關鍵元件換流閥耐壓值和過流量大大提升，造價大幅下降，直流輸電經濟性優勢日益顯著。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第39頁高壓直流輸電主要用于:遠距離大功率輸電；海底電纜輸電（如向海島輸電）；經過地下電纜向大城市供電；交流系統互連。不一樣額定頻率系統間或非同時運行系統聯絡（既要實現聯網又要保持各自相對獨立性）；配合新能源發電。如風力發電、太陽能發電等這些發電方式不能確保工業頻率，需先整流成直流傳輸然后逆變成工頻交流，以實現與交流系統并聯運行交直流混聯絡統時尚計算數學模型基本思緒是先將全部換流器及其后直流系統用從換流器所連接直流節點抽出或注入功率Ptdc＋jQtdc等值，從而使混聯絡統等效成為一個純交流網絡，然后用純交流系統時尚計算方法求解直流輸電和FACTS專題知識專家講座第40頁2。柔性交流輸電系統（FACTS）對于新建輸電線路，可采取HVDC處理長距離大容量輸電問題，但對于現有交流輸電系統，應該盡可能提升其輸電能力。因為已建成輸電系統中交流線路遠遠多于直流線路，因而對現有交流線路進行性能改進比新建直流線路經濟上更可行。柔性交流輸電系統（FlexibleACTransmissionSystem）也稱柔性輸電技術或靈活輸電技術，是指利用大功率電力電子元器件組成裝置來控制或調整交流電力系統運行參數或網絡參數從而優化電力系統運行狀態，提升電力系統輸電能力技術。是綜合電力電子技術、微處理和微電子技術、通信技術和控制技術而形成用于靈活快速控制交流輸電新技術。顯然HVDC也滿足這一定義，但HVDC本身已發展成為一項專門輸電技術，故FACTS普通不包含直流輸電技術。柔性交流輸電系統建設，并非要毀掉原有輸電系統，而是在原有交流輸電系統中依據需要選擇利用靈活

交流輸電系統技術及功率電子設備，加以逐步改造形成柔性交流輸電系統。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第41頁FACTS產生和應用背景電力負荷不停增加使現有輸電系統在現有運行控制技術下已不能滿足長距離大容量輸送電能需要環境保護需要使得架設新輸電線路受到線路走廊短缺制約，所以挖掘已經有輸電網絡潛力提升其輸送能力更為行之有效大功率電力電子元器件制造技術日益發展，價格下降，使得FACTS經濟技術上成為可能計算機和控制技術發展為FACTS發揮其快速、靈活調整控制作用提供了有力支持上世紀八十年代中期，美國電力科學研究院（EPRI）N.G.Hingorani博士首次提出FACTS概念：應用大功率、高性能電力電子元件制成可控有功或無功電源以及電網一次設備等，以實現對輸電系統電壓、阻抗、相位角、功率、時尚等靈活控制，將原基本不可控電網變得能夠全方面控制。從而大大提升電力系統高度靈活性和安全穩定性，使得現有輸電線路輸送能力大大提升。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第42頁FACTS作用對已建成不包含柔性輸電設備傳統電力系統而言，輸電線路參數是固定，系統運行時可快速調整控制主要是發電機有功功率和無功功率。而對于輸電網絡而言，盡管能夠經過串聯電容賠償以減小線路電抗值，安裝并聯電容器或電抗器、靜止并聯賠償器和有載調壓變壓器等以控制節點電壓，利用移相器以改變線路兩端電壓相位差，但因為這些設備對應控制操作都是經過機械裝置完成，調整速度和效果難以滿足系統暫態過程中要求。所以傳統電力系統對輸電網絡參數基本沒有快速靈活調整伎倆。直流輸電和FACTS專題知識專家講座第43頁輸電線路輸送電能存在熱穩極限，這主要由導線截面積決定；另外還存在交流系統同時運行穩定極限，它與全系統網絡結構、運行方式、控制伎倆等很多原因相關。傳統電力系統因為缺乏對輸電網絡快速靈活控制伎倆使得線路同時穩定極限通常遠小于熱穩極限，這就意味著傳統輸電線路輸送電能能力并沒有充分發揮。FACTS正是基于這一事實，在輸電網絡中引入由電力電子元器件組成裝置，以實現對輸電網絡快速靈活控制，從而與對發電機各種快速控制相匹配以提升已經有輸電網絡輸電能力。