IPFC与UPFC的潮流控制器组合运行效果分析

本章前面几节介绍了可同时进行有功与无功补偿的UPFC和IPFC。UPFC可以对单条输电线提供全面补偿，而IPFC可以对多条线路系统中一些选定的线路提供全面补偿，但受各条线路交换的有功总和必须为零的限制。图7-22所示为IPFC与UPFC联合运行实现功率传输综合控制和管理的线间潮流控制方案。在多个串联补偿器的基础上增加一个并联的变流器，对线路潮流进行管理控制。控制方法是：并联补偿变换器从交流系统高压母线端输入或输出有功功率，向直流母线输出或从直流母线吸收有功功率，以平衡所有串联变流器与系统交换有功功率的净差。并联变流器的额定值只需匹配为整个串联补偿与系统的最大净交换有功差，因而该装置功率容量不大，具有很好的经济性。同时，如果特定变电站总线需要无功补偿的话，并联变流器还可以进行无功并联补偿。这是因为并联变流器不但可以和其他变流器进行有功交换，还可以自己产生无功用于并联补偿。

图7-22 用于功率传输综合控制和管理的通用线间潮流控制方案

变电站由于系统偶发事件、系统维修和系统操作模式改变，系统潮流控制与补偿性能运行要求有可能发生改变。例如，在不稳定的系统和过负荷系统中，控制给定线路的电压比控制线路潮流更重要。这些问题以及系统规模增大导致的不可预测的问题，都可以用基于电压源变流器构成合适结构的复合装置来解决。图7-23给出的由两个电压源变流器组成的两条线传输功率控制系统，也可以扩展到多条线路系统中。在图7-23中，只要通过对变流器与耦合变压器的一些开关进行合适的通断就可以获得多种组合控制功能。例如，采用伏安容量各为1.0的两变流器可以获得下列组合结构功能：

1）两个变流器都用于STATCOM（容量可达2.0p.u.）；

2）两个变流器都用于SSSC（容量可达2.0p.u.）；

3）两个变流器分别用于STATCOM与SSSC（每个容量1.0p.u.）；

4）两个变流器用于UPFC（串联容量1.0p.u.和并联容量1.0p.u.）；(www.xing528.com)

5）两个变流器用于IPFC（每条线上容量1.0p.u.）。

要注意的是这里额定值不是所在线路的传输额定值。柔性交流输电系统中电压源变流器的额定值一般要比线路的传输额定值小。这些基于电力电子器件的变流器的容量等级由其输出的最大电压与最大电流的乘积决定（尽管两者不会同时出现）。

图7-24提供了由三套标准电压源变流器模块组成的通用IPFC和UPFC的组合系统。该装置可以对某个运行参数（电压幅值、相角；阻抗和传输角）专门控制，既实现某个功能专门控制，也可以进行功能转换控制，更重要的是将它们通过共同的直流电压连在一起可以对传输潮流提供全面控制。图7-24中有两条输电线路，线路电抗为X₂、X₃，变流器2、3作为SSSC，其输出分别串联在两条线路中作为串联补偿，变流器1并接在母线1上可单独作STATCOM。图中的STATCOM和SSSC可单独作用，两个变流器例如1和2可组合对X₂线路作UPFC控制；1、3组合也可对X₃线路作UPFC控制，另一个SSSC则可作为串联补偿控制；也可用变流器2、3组合构成IPFC，这时该IPFC可以同时控制与优化两条线路（母线1、3间，母线1、2间）的有功与无功潮流，同时接在母线1上的STATCOM又可独立调控。从以上组合应用的例子可以看到，基于几个电压源变流器组合具有直流耦合的补偿控制的优点，也有提供单功能控制和功能转换控制的能力，对综合输电系统控制时，它又可以同时具有全面控制有功与无功的能力和处理动态干扰能力。

图7-23 由两个电压源变流器组成的补偿器方案的功能可变换性说明

图7-24 用于多输电线系统的综合有功和无功潮流控制的通用IPFC概念图解