相角调节器的潮流控制技术

在通常的自然传输相位角δ运行时，线路潮流一般不能获得潮流优化。例如，发生下面情况时，潮流传输就不能优化：当两条并联的线路电气长度不相等，或首、末两端母线电压的相角差不能使潮流按照预期的潮流运行时。在这些情况下，就需要应用相角调节器。采用相角调节的潮流控制的基本思想如图6-40a所示。在通常的双端电源系统模型下，在首端电源与传输线首端之间插入相位角调节器进行潮流控制。相角调节器串联接入的电压源是幅值、相位都可调的基频电压源，因而，线路首端有效传输电压V_seff是送端母线电压Vs与相位调节器提供的电压V_β之和，如图6-40a和b所示。对于理想的相位调节器（补偿前、后电压幅值相等，V_s=V_seff=V），只要相位调节器输出电压的幅值V_β与其移相相位β角的函数关系保持为

V_β=2Vsin（β/2） （6-18A）

β=2arcsin（V_β/2V） （6-18B）

则可确保有效的发送电压V_seff的幅值与V_s相同。

V_scff（+β）=V_seff（-β）=V_s=V_r=V （6-18C）

当相角调节装置按照式（6-18）进行相角调节，则有效发送电压V_seff与受端电压V_r的相位差为δ-β，传输的有功功率P_r和线路末端点的感性无功功率Q_r可以简单地由式（1-8）和式（1-9C）令E=V，用δ+β代替δ得到。

图6-40 采用理想相角调节器（电压不变，仅改变相角）的两发电机电力系统

当无移相补偿电压时，线路传输功率是P_ro、Q_ro。有移相补偿电压V_β移相，使传输功率增加ΔP_r、ΔQ_r。

在图6-40中，如果相角调节最大调相角可达到β_max=30°（电压V_β=2Vsinβ_max/2≈0.517V），当实际运行功角δ小于60°时（90°-β_max=90°-30°=60°），若令β≡β_max=30°，则发电机的运行功角特性为ESB段。当δ达到60°时δ+β_max=90°，P=V²/X，此后令移相角β从β_max=30°随δ的增大而逐渐下降，到δ=90°时（A点）时令β=0，此后δ从90°增大到δ=120°时（C点），令β从零再逐渐变到最大负值-30°（C点）。在δ=90°-β_max=60°的B点到δ=90°+β_max=120°C点的区间，若调控β使δ+β=90°，则可使发电机的功率角特性为BAC段，即P≡P_max=V²/X。在δ=90°+β_max=120°（C点）再增大时令β≡β_max=-30°不变，则功率角特性为图中的CK段。所以有相角调节器以后，移相器最大可调的移相角β_max=30°，V_β=0.517V时，发电机可在图中ESBACK段运行。稳定运行区（静稳定运行区）从β=0，Vβ=0无相角调节器时的OA段（δ=0～90°）扩大到SBAC段，即稳定运行的δ角从90°扩大到90°+β_max=120°，此时在δ=90°-β_max=60°到δ=90°+β_max=120°运行段，只要适当调节δ令δ+β=90°还可使功率P≡P_max=V²/X。通过调控β的大小和方向，改变P与δ、β的函数关系可以有效地调控线路传输功率。因而，尽管相位调节器不能够提高系统的稳定极限最大传输功率，但能实现线路传输角在（π/2-β_max）≤δ≤（π/2+β_max）范围内线路传输的有功保持在最大值P_max=V²/X。当相位补偿角β为正值时，有功P与相位角δ的正弦关系曲线可以向左移动，因而线路传输功率在相角δ小于90°时也可以达到最大值；当β为负值时，P与δ的正弦函数曲线向右移，P在δ大于90°时也能达到最大值，因而还是能显著地提高输电线的传输功率能力，并扩大了稳定运行区。(www.xing528.com)

采用图6-41a所示电路，当补偿电压与电源电压的相位差保持为90°时，相位调节器成为产生相差为90°的正交升压器，这时参数之间的关系为

由此可得到正交升压相位调节器时的传输功率P_r、Q_r及有功、无功增量ΔP_r、ΔQ_r为

图6-41b为正交升压相角调节时，以电压V_β作为参变量的P-δ曲线。

图6-41 正交增压器的相量图和传输功角特性

由图6-41可知，系统的最大传输能力随着注入电压V_β的增大而增大。与图6-40理想的相角补偿不同，正交升压相位补偿增加了有效发送电压的幅值（V_seff>V_S），因而也提高了传输功率的限值P_max。

与前面提到的串并联无功补偿方法不同，相角调节器需要同时处理有功和无功。相角调节器（视为电压源）输出的总伏安值如下：

相角调节器的输出容量由最大注入电压V_β和线路的最大传输电流决定。