线路传输功率组合控制装置优化方案

上面分析了线路纵向和横向补偿的控制装置、相位变换装置，它们可以在建立可控线路时使用。如果单独使用，这些装置对线路状态产生的影响是有限的，而几个上述装置的组合使用可以对线路的状态特性产生更深远的影响。但是此时会产生一系列问题，就是几个装置同时安装在输电线路的变电站中以及建立统一控制系统等相关的问题。

被称为相量控制的装置（见图9.14a），可以在很大的功率变化范围内对线路的状态产生综合影响。这个装置本质上是由功率相对较小的换流站，由两个电压变流器ΠH₁和ΠH₂组成，两个电压变流器在直流侧连接在一起，并具有同一个电容器。这些变流器与静止调相机中使用的类型相同，可以工作在P-Q平面的所有的四个象限中。也就是整流器或者逆变器，在每一个状态下既可以产生无功功率，也可以消耗无功功率。

通过变压器Т₁与变电站母线连接的变流器ПН₁完成两个功能，其中之一是在线路和变电站母线之间建立可控有功功率环流，另一个是稳定这些母线上的电压（变流器ПН₁完成静止调相机的作用）。变流器ПН₂经过变压器Т₂与线路连接，变压器的一次（网络）绕组串联于线路上，二次绕组（阀）连接到变流器上。这样的装置在文献中被称为统一潮流控制器（ОРПМ）^[2]。

图9.14 统一潮流组合控制器

a）潮流组合控制器示意图 b）相量图

统一潮流控制器的工作原理在于，借助于变压器Т₂串联的绕组，电压ΔU被引入到线路上，其相量可以相对于此绕组连接的相电压、从0～360°范围内改变自己的相位。

线路首端的电压是两个电压相量的和：变电站母线上的电压和变压器串联绕组Т₂的电压：

相对于线路末端电压，电压相位的变化导致电压U₁′相位的变化，也同样导致线路所传输的有功功率的变化（见图9.14b）。

图9.15 潮流组合控制器的原理解释

a）串联变压器二次绕组上具有不同阻抗的组合潮流控制器示意图 b）相量图

电压相位变化的可能性可以做如下解释。假设以电阻器r、电容C、电抗L以及模仿负电阻-r的有功源替代变流器ПН₂，串联于变压器T₂的阀绕组上，（见图9.15a）。电压Δ分别与线路相电流相量重合、滞后其90°、超前电流90°、以及相对于电流移动了180°（见图9.15b）。

如果在变压器Т₂的阀绕组上连接一个能起到复阻抗效果的装置：

复阻抗的实部和虚部将按照一定的规律变化，相量描述了一个圆。此时，如将电阻器连接到变压器二次绕组上，将等同于直接连接到线路上的另一个电阻值：

其中 K_T2——变比

线路首端的电压将等于：

由此得出，相量的符号是负的。实际上这可以通过改变Т₂一个绕组的极性而轻易地实现，因此下一步所有的相量图都要考虑这个负号。

现在考虑，电阻器的连接意味着从线路中消耗变压器Т₂的有功功率，而负电阻器的连接意味着产生有功功率，电容的连接说明产生无功功率，电抗连接说明消耗无功功率。由此得出，如果在变压器Т₂的阀绕组上连接可以工作在整流状态（消耗有功功率）和逆变状态（产生有功功率）的变流器，而同样在这两个状态下变流器可以无功功率（电感）或者产生无功功率（电容），那么这个变流器完全替代了指定的复阻抗。并且，相量的末端所描述的是一个圆。此时必须保证变流器ПН₂和变电站母线之间的有功环流，为此使用变流器ПН₁。

在详细分析时，不是由线路电流标示相量的相位，而是由电压来标示（见图9.14b）。这个相位由角度ρ决定，线路的有功和无功潮流将由线路首端的电压决定。改变角度ρ，可以改变装设此装置线路的有功和无功功率。(www.xing528.com)

所分析的统一潮流控制器有三个状态特性（见图9.16）：

图9.16 不同状态下的统一潮流组合控制器相量图

a）电压控制器状态 b）可控纵向补偿状态 c）相位变换器状态

1.电压控制器状态。当相量与相量重合时，角度ρ=0（图9.16a）。此时线路首端的电压等于电压和的代数和，传输功率的控制只是在考虑电压值改变（在允许的界限内）的情况下才能实现。

2.可控纵向容性补偿状态。当相量相对于线路电流转动90°（见图9.16b）时，从上述相量图中可以得到

由此

当时，将有tanφ=tanδ/2或者φ=δ/2，由此

ρ=90°-δ/2 （9.10）

3.可控相位变换装置。当相量相对于电压转动90°时（见图9.16c），此时当角度ρ为等于±90°的常数时，的变化导致相位角变化Δδ，相应的传输功率也发生变化。由相量图（图9.16c）可以得到：

考虑

U′²₁=U²₁+ΔU²最终得到：

图9.17 线路功率圆图上的控制范围

a）线路首端 b）线路末端

在线路的功率圆图上，控制作用将在叠加到不可控状态（见图9.17）的某一区域内体现，此区域的中心由初始不可控状态的参数（Р₀，δ₀）决定，半径由电压模决定。对于被控线路的末端（见图9.17a），这个范围是圆心处于功率圆曲线上的圆，半径与|ΔU|有关。对于线路首端，可控区域的圆心位置将不只由Р₀决定，还取决于|ΔU|、角度ρ和δ。当|ΔU|和δ不变时，对于每一个ρ将有新的圆心位置，因此这些圆变成椭圆（见图9.17b）。

因为统一潮流控制器不仅对装设此装置线路相量的相位产生影响，也对其幅值产生影响，所以被称为相量控制线路。