自愈硬件设备及改进方法

随着科学技术的发展以及对电网自愈能力要求的不断提高，传统的电网设备并不能很好地提升电网的抵御突发事件以及事故后电网的恢复能力，传统的电网碰到事故时，所能采用的技术较少，或切除故障断线路，或切除部分用户，情况严重时，甚至采取解列运行。本小节将从两个方面对电网硬件设备进行改进。

1.柔性交流输电技术（FACTS）的应用

柔性交流输电技术（FACTS）又称为灵活交流输电技术，它是美国电力专家于1986年提出来的新技术，曾将FACTS定义为“除了直流输电之外所有将电力电子技术用于输电的实际应用技术”。该技术是现代电力电子技术与电力系统相结合的产物，其主要内容是在输电系统的主要部位，采用具有单独或综合功能的电力电子装置，对输电系统的主要参数（如电压、相位差、电抗等）进行灵活快速的适时控制，以期实现输送功率合理分配，降低功率损耗和发电成本，从而大幅度提高系统稳定和可靠性。FACTS的主要功能可归纳为：①较大范围地控制潮流；②保证输电线输电容量接近热稳定极限；③在控制区域内可以传输更多的功率，减少发电机的热备用（在美国可以由通常的18％降低到15％或以下）；④依靠限制短路和设备故障的影响来防止线路串级跳闸；⑤阻尼电力系统振荡。由其功能可以得出，柔性交流输电技术能大幅提高电网自愈能力。

随着电力电子技术的飞速发展，新的高电压、大功率的电力电子器件不断出现，它为柔性交流输电技术的实现打下了坚实的基础。目前已成功应用的或正在开发研究的FACTS装置有十几种。现仅列出以下几种：

1）静止无功补偿器（SVC）。SVC使用晶闸管来快速调整并联电抗器的电抗及投切电容器组，并可兼有事故时的电压支持作用，维护电压水平，消除电压闪变、平息系统振荡等。可以静态或动态地使电压保持在一定范围内，从而提高电力系统的稳定性。

2）静止同步补偿器（STATCOM）。这是对SVC改进后的装置，它由三相逆变器构成，整个装置无功功率的大小和极性都由它通过的电流来调整，故其整体功能类似于同步调相机。它的调节无功的能力比SVC强，因为SVC的无功量由电压二次方除以阻抗决定，而STATCOM的输出无功则取决于输出端的电流和电压乘积。因此，在事故时电压降低的情况下，STATCOM比SVC可提供更大的无功支持能力，具有一定的事故过载能力。如果采用并联电容器蓄能组或超导储能电抗器所取代，则事故支持的时间还可延长。但是，STATCOM造价比SVC更昂贵。

3）直流输电（HVDC）。直流输电中的交、直流转换器是最早应用晶闸管技术的装置之一。

4）超导蓄能器（SMES）。此装置由电力电子器件控制一个大容量超导蓄能线圈所组成，几乎无损耗。放电／充电的效率在95％以上，但造价昂贵。SMES作为蓄能器，可快速供应备用电力；瞬时提供同步或阻尼功率以提高输电的静态和暂态稳定性；提高远距离输电的输送能力；延长发电设备寿命；提供无功功率以改进电压稳定性：改进电压质量等。采用GTO器件后，可将SMES输出的有功和无功功率彼此独立地进行控制，故不仅对短期，而且对中期动态过程可产生良好影响。

5）固态断路器（SSCB）。如果采用晶闸管型的断路器，则由于断路器只能在交流第一次过零时断开，其开断延时将达几毫秒。如果采用GID、MCT或MTD等电力电子器件，则电流可瞬时被切断，效果将大为提高。美国SPCO工厂所生产的SSCB样机，已达到15kV、600A，可在4μs内完成开断。(www.xing528.com)

6）可控串联电容补偿（TCSC）。TCSC有下列功能：①潮流控制，由于可以连续改变线路电抗，因此可用来进行潮流控制，改变电网中的潮流分布；②阻尼线路功率振荡，可以阻尼由于系统阻尼不足或由于系统大扰动引起的低频功率振荡；③提高电力系统暂态稳定，在系统受到大的冲击时，可迅速调整晶闸管的触发延迟角，改变串联电容的补偿度，以提高暂态稳定性；④抑制次同步振荡（SSR），当系统发生SSR时，迅速调整串联电容器容抗至最小值，对于次同步频率，TCSC呈感抗，这样便会对SSR起很强的阻尼作用。

7）统一潮流控制器（UPFC）。UPFC是一种功能最强大、特性最优越的新一代柔性交流输电装置，也是迄今为止通用性最好的FACTS装置，综合了FACTS元器件的多种灵活控制手段，它包括了电压调节、串联补偿和移相等所有能力。它可以同时并非常快速的独立控制输电线路中有功功率和无功功率。UPFC可以控制线路的潮流分布，从而有效地提高电力系统的稳定性。

随着电力电子技术的飞速发展，灵活交流输电技术的发展前景不可估量，必将改变电力系统的传统面貌，并促使电力系统发生重大变革。

2.广域测量系统（WAMS／PMU）的应用

广域测量系统（WAMS／PMU）是以相量测量装置（PMU）为基础的。PMU以GPS为基础，能实现电力系统的精准测量，“精”源于毫秒数量级的采样间隔，“准”则是因为采样时间的同步性，所以WAMS／PMU系统与SCADA／RTU相比，具有动态测量能力。

WAMS／PMU电网动态测量可以实现如下功能：已经发生的电网动态过程的感知，包括输电线路的功角关系、各种电气状态量的动态行为、发电机的摇摆等；变化较慢的电力系统动态过程全局大闭环直接控制的测量基础；局部同步控制保护行动的测量基础；帮助稳态的状态估计提高计算准确度；保护和控制行为后验评价的测量基础；电网故障的动态过程反演、回放与分析的数据来源；电力系统元件模型及参数后验评价与校核的测量数据基础；实际电力系统研究的动态过程数据基础；为DTS提供培训用电网实际历史动态数据等。

WAMS／PMU是电力系统实时测量的重要发展，SCADA／RTU的稳态测量和WAMS／PMU的动态测量不存在否定和替代的关系，它们结合起来相互补充共同起到电网控制保护的数据支持作用。目前两种测量系统处于相互分离状态，未来以数据融合和共享为目标，将会走向一体化。