半波長(zhǎng)交流輸電柔性調(diào)諧的控制策略與仿真分析*

王鑫，戴朝波，李琳，趙國亮，孫誼媊，于永軍

(1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206； 2.先進(jìn)輸電技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院)，北京 102209； 3.國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院，烏魯木齊 830011)

0 引 言

我國西部能源供給中心與東部能源需求中心之間距離達(dá)2 000～3 000 km，所以需要超遠(yuǎn)距離、超大容量的電力輸送技術(shù)。半波長(zhǎng)交流輸電技術(shù)作為一種超遠(yuǎn)距離、大容量輸電技術(shù)方案，是支撐跨國、跨洲輸電的有效途徑之一，具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[1-5]。

半波長(zhǎng)交流輸電(Half Wavelength AC Transmission，HWACT)是指輸電的電氣距離接近1個(gè)工頻半波長(zhǎng)，即3 000 km(50 Hz)或2 600 km(60 Hz)的超遠(yuǎn)距離三相交流輸電。根據(jù)傳輸線理論，均勻無損的半波長(zhǎng)傳輸線的首端和末端具有相同的電壓幅值及輸入阻抗。半波長(zhǎng)交流輸電可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輸電，全線中途不需要設(shè)置開關(guān)站，無需安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，線路輸電能力強(qiáng)[6-11]。

受客觀條件限制，實(shí)際線路的自然長(zhǎng)度難以正好是半個(gè)波長(zhǎng)。當(dāng)輸電線路長(zhǎng)度不足半波長(zhǎng)時(shí)，需要對(duì)線路進(jìn)行人工調(diào)諧，以達(dá)到人造半波長(zhǎng)輸電線路的目的。文獻(xiàn)[12]提出了無源π型、T型調(diào)諧的參數(shù)計(jì)算公式，文獻(xiàn)[13]計(jì)算分析了均勻電容型的調(diào)諧，仿真結(jié)果表明可以達(dá)到人造半波長(zhǎng)輸電的目的。上述無源調(diào)諧存在對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式和參數(shù)變化的適應(yīng)性相對(duì)較差，容易失去半波長(zhǎng)特性等問題。本文提出了一種π型半波長(zhǎng)輸電柔性調(diào)諧裝置，該裝置不僅具有調(diào)諧功能，還能靈活適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式和參數(shù)的變化，并且還具有功率因數(shù)靈活補(bǔ)償、實(shí)現(xiàn)柔性并網(wǎng)、抑制線路過電壓、阻抗匹配等無源調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)所不具備的功能。

文中詳細(xì)介紹了所提出的π型半波長(zhǎng)輸電柔性調(diào)諧裝置，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制策略。應(yīng)用現(xiàn)有特高壓交流線路的參數(shù)在PSCAD/EMTDC中搭建了半波長(zhǎng)交流輸電柔性調(diào)諧仿真等值系統(tǒng)，并對(duì)柔性調(diào)諧裝置的調(diào)諧效果及功率因數(shù)補(bǔ)償效果進(jìn)行了仿真分析。

1 半波長(zhǎng)輸電線路調(diào)諧的基本原理

1.1 無源型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)

雙電容、單電感的π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)如圖1中所示。在忽略線路損耗的情況下，只要調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)與被調(diào)諧的線路具有相同的轉(zhuǎn)移參數(shù)矩陣，就不會(huì)影響線路其他部分的電壓、電流分布，據(jù)此，可以計(jì)算出相應(yīng)的電感和電容值[12]。顯然，無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)不能變化，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的適應(yīng)性相對(duì)較差。

圖1 π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)Fig.1 π type tuning network

1.2 柔性調(diào)諧

π型半波長(zhǎng)輸電柔性調(diào)諧裝置如圖2所示，包括串聯(lián)調(diào)諧器及其兩端的并聯(lián)調(diào)諧器。如線路長(zhǎng)度小于一個(gè)工頻半波長(zhǎng)，串聯(lián)調(diào)諧器等效為一個(gè)串聯(lián)電感，用來實(shí)現(xiàn)半波長(zhǎng)柔性調(diào)諧所需要的電感。并聯(lián)調(diào)諧器等效為一個(gè)并聯(lián)電容，用來實(shí)現(xiàn)半波長(zhǎng)柔性調(diào)諧所需要的電容。如果輸電線路結(jié)構(gòu)、參數(shù)和運(yùn)行方式發(fā)生變化，可以調(diào)整串聯(lián)調(diào)諧器的等效電感值和并聯(lián)調(diào)諧器的等效電容值，從而滿足變化后的半波長(zhǎng)交流調(diào)諧需求，即實(shí)現(xiàn)了柔性調(diào)諧。

圖2 π型柔性調(diào)諧裝置Fig.2 π-tuning flexible device

柔性調(diào)諧裝置不僅具有調(diào)諧功能，還可以具有靈活補(bǔ)償功率因數(shù)這一無源型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)所不具備的功能。當(dāng)半波長(zhǎng)線路送端功率因數(shù)不為1，且無功功率經(jīng)過半波長(zhǎng)輸電線路由送端傳輸?shù)绞芏?，此時(shí)安裝在輸電線路受端的柔性調(diào)諧裝置中遠(yuǎn)離受端系統(tǒng)的并聯(lián)調(diào)諧器僅參與調(diào)諧，而和受端系統(tǒng)較近的并聯(lián)調(diào)諧器可以根據(jù)系統(tǒng)所要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，控制相應(yīng)的輸出，同時(shí)滿足調(diào)諧和補(bǔ)償功率因數(shù)的這兩個(gè)要求。如果送端系統(tǒng)的功率因數(shù)發(fā)生變化，該并聯(lián)調(diào)諧器也隨之調(diào)整，進(jìn)而使其同時(shí)滿足調(diào)諧和補(bǔ)償功率因數(shù)的這兩個(gè)要求。

2 柔性調(diào)諧的主電路結(jié)構(gòu)及控制

2.1 串聯(lián)調(diào)諧器的主電路結(jié)構(gòu)

在不影響論證柔性調(diào)諧的作用和效果的前提下，如圖3所示，串聯(lián)調(diào)諧器采用簡(jiǎn)單的單H橋結(jié)構(gòu)，具體包括三個(gè)單相的電壓源型逆變器，并通過Y/Y耦合變壓器串聯(lián)在輸電線路中。圖中，usa、usb、usc為串聯(lián)調(diào)諧器的輸出電壓；isa、isb、isc為流經(jīng)串聯(lián)調(diào)諧器的線路電流；L為每相的濾波電感；C為輸出濾波電容；Cdcsa、Cdcsb、Cdcsc為直流側(cè)電容；Udcsa、Udcsb、Udcsc為直流側(cè)電壓。

2.2 串聯(lián)調(diào)諧器的控制策略

串聯(lián)調(diào)諧器的控制目標(biāo)是向輸電線路注入一個(gè)相位超前線路電流90°的電壓，使其呈現(xiàn)電感特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)半波長(zhǎng)柔性調(diào)諧。實(shí)際上，考慮逆變器和變壓器的損耗，串聯(lián)逆變器必須從系統(tǒng)吸收部分能量來補(bǔ)償損耗，維持直流母線電壓穩(wěn)定，這樣，輸出電壓就不會(huì)與電流完全垂直，偏移的角度是為了保證串聯(lián)調(diào)諧器能夠從系統(tǒng)中吸收相應(yīng)的能量。

圖3 串聯(lián)調(diào)諧器的主電路結(jié)構(gòu)Fig.3 Main circuit topology of series tuner

串聯(lián)調(diào)諧器采用輸出阻抗控制，相應(yīng)的控制框圖如圖4所示。

圖4 串聯(lián)調(diào)諧器的控制系統(tǒng)框圖Fig.4 Control block diagram of series tuner

參考阻抗Xref可由半波長(zhǎng)柔性調(diào)諧需要的電抗值減去輸出濾波器中的電抗值得到。θi是由線路電流i通過鎖相環(huán)得到的，θi加上90°便得到了u0的相角；串聯(lián)調(diào)諧器注入電網(wǎng)電壓的幅值與線路電流的幅值成正比，即：

Um=XrefIm

(1)

式中Im由線路電流i經(jīng)過低通濾波后，通過計(jì)算獲得。

圖中控制策略還包括直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定控制，直流電壓誤差信號(hào)通過一個(gè)比例積分控制器得到一個(gè)與線路電流同向的電壓偏移量Δu。當(dāng)Δu很小時(shí)，其大小決定了逆變器與系統(tǒng)間存在很小的有功交換，這個(gè)功率等于直流電容器的充放電功率及逆變器回路的損耗，通過控制此電壓即可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電容電壓的控制。電壓u0與電壓偏移量Δu疊加后便可以得到電壓的參考值信號(hào)uref，進(jìn)而通過正弦脈寬調(diào)制技術(shù)對(duì)串聯(lián)調(diào)諧器實(shí)施控制。

2.3 并聯(lián)調(diào)諧器的主電路結(jié)構(gòu)

基于同樣的原因，柔性調(diào)諧中的并聯(lián)調(diào)諧器采用了簡(jiǎn)單的三相橋結(jié)構(gòu)，其主電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，ia、ib、ic為并聯(lián)調(diào)諧器的輸出電流；Ea、Eb、Ec為并聯(lián)調(diào)諧器與線路連接處電壓；Lf為逆變器側(cè)濾波電感；Lg為網(wǎng)側(cè)濾波電感；Cf為濾波電容；Rf為阻尼電阻；Lf、Lg、Cf、Rf構(gòu)成并聯(lián)調(diào)諧器交流側(cè)輸出LCL濾波器；Cdc為直流側(cè)電容；Udc為直流側(cè)電壓。

圖5 并聯(lián)調(diào)諧器的主電路結(jié)構(gòu)Fig.5 Main circuit topology of parallel tuner

2.4 僅參與調(diào)諧的并聯(lián)調(diào)諧器的控制策略

并聯(lián)調(diào)諧器采用電流跟蹤型PWM技術(shù)對(duì)電流波形的瞬時(shí)值進(jìn)行反饋控制。其中，PWM控制信號(hào)是采用三角波比較方式獲得。相應(yīng)的控制框圖如圖6所示。

圖6 僅參與調(diào)諧的并聯(lián)調(diào)諧器的控制框圖Fig.6 Control block diagram of parallel tuner only involved in tuning

圖6中θu是由并聯(lián)調(diào)諧器與線路連接點(diǎn)處的電壓u通過鎖相環(huán)得到的，然后θu減去90°便得到了i0的相角。

而并聯(lián)調(diào)諧器注入線路中的電流幅值與連接點(diǎn)處電壓幅值的關(guān)系：

(2)

式中Xc是并聯(lián)調(diào)諧器參與半波長(zhǎng)柔性調(diào)諧所需要的容抗值；Um由連接點(diǎn)電壓經(jīng)過低通濾波后，通過計(jì)算獲得。

圖中控制策略還包括直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定控制，直流電壓誤差信號(hào)通過一個(gè)比例積分控制器得到一個(gè)與線路電壓成反向的電流偏移量Δi。通過控制此電流即可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電容電壓的控制。電流i0與電流偏移量Δi疊加后便可以得到補(bǔ)償電流的參考信號(hào)iref，實(shí)際的補(bǔ)償電流i與參考信號(hào)比較之后進(jìn)行比例積分，然后與引入的前饋電壓u相加得到調(diào)制波信號(hào)，最后再與高頻三角載波相比較，產(chǎn)生并聯(lián)調(diào)諧器所要求的開關(guān)信號(hào)。

2.5 同時(shí)參與調(diào)諧和功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)調(diào)諧器的控制策略

并聯(lián)調(diào)諧器不僅可以參與調(diào)諧，還可以參與送端系統(tǒng)功率因數(shù)的補(bǔ)償，其控制框圖如圖7所示。在僅參與調(diào)諧的并聯(lián)調(diào)諧器的控制策略基礎(chǔ)上改進(jìn)了注入線路電流的幅值。

圖7 具有功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)調(diào)諧器的控制框圖Fig.7 Control block diagram of parallel tuner with the power factor compensation

具體地，并聯(lián)調(diào)諧器參與調(diào)諧所需補(bǔ)償?shù)臒o功功率為：

(3)

式中Xc是并聯(lián)調(diào)諧器參與半波長(zhǎng)柔性調(diào)諧所需要的容抗值；U是由連接點(diǎn)電壓u經(jīng)過低通濾波器并通過計(jì)算得到的。

檢測(cè)到的送端系統(tǒng)輸出的無功功率為QS，與QC相加便得到了并聯(lián)調(diào)諧器實(shí)際需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，根據(jù)并聯(lián)調(diào)諧器補(bǔ)償無功與其注入到線路中電流幅值的關(guān)系：

(4)

這樣，便可以得到注入到電網(wǎng)中的電流幅值。

3 仿真及分析

3.1 系統(tǒng)模型及參數(shù)設(shè)置

利用PSCAD仿真軟件建立了自然半波長(zhǎng)輸電線路及采用無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)、π型柔性調(diào)諧裝置的半波長(zhǎng)線路仿真模型，如圖8所示。根據(jù)我國第一條特高壓輸變電工程——1 000 kV晉東南-南陽-荊門特高壓交流輸變電試驗(yàn)示范工程所選線路型號(hào)，輸電線路仿真模型的導(dǎo)線均采用8分裂LGJ-500/35型鋼芯鋁絞線，且子導(dǎo)線呈正八角形排列；地線均采用JLB20A-170型鋁包鋼絞線。PSCAD中輸電線路采用相頻模型。自然半波長(zhǎng)輸電線路全長(zhǎng)為2 938.1 km，為了測(cè)量相應(yīng)線路的電壓和電流值，設(shè)置12個(gè)電壓和電流測(cè)量點(diǎn)；約定采用無源π型網(wǎng)絡(luò)、π型柔性調(diào)諧裝置的線路長(zhǎng)度為2 138.1 km，調(diào)諧裝置配置于線路兩端，且各補(bǔ)償400 km，設(shè)置11個(gè)電壓和電流測(cè)量點(diǎn)。

圖8 不同形式的半波長(zhǎng)線路Fig.8 Different forms of half wavelength lines

送端交流系統(tǒng)均采用三相理想電壓源，送端變壓器的變比為20/1 050 kV，變壓器容量為7 200 MVA，漏抗為18%；受端采用1 000 kV等值電源，具體參數(shù)如下：零序電阻為3.166 Ω，零序電抗為28.452 Ω，正序電阻為0.814 Ω，正序電抗為10.392 Ω。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[12]中的計(jì)算方法，可以得到采用無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的半波長(zhǎng)線路參數(shù)為固定電容值C=2.798 μF，固定電感值L=0.323 H。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[14-16]中的計(jì)算方法可以得到π型柔性調(diào)諧裝置的相關(guān)仿真參數(shù)。

圖8(c)中的四個(gè)并聯(lián)調(diào)諧器的參數(shù)相同，具體如下：直流側(cè)電壓：Udc=2 100 kV，直流側(cè)電容：Cdc=100 μF。逆變器側(cè)濾波電感：Lf=0.3 H，網(wǎng)側(cè)濾波電感：Lg=0.02 H，濾波電容：Cf=0.13 μF，阻尼電阻：Rf=800 Ω。

圖8(c)中兩個(gè)串聯(lián)調(diào)諧器的參數(shù)相同，每個(gè)串聯(lián)調(diào)諧器的三個(gè)單相逆變器參數(shù)也相同，具體如下：直流側(cè)電壓：Udcs=450 kV，直流側(cè)電容：Cdcs=350 μF。濾波電感：L=15 mH，濾波電容：C=2 μF。耦合變壓器的容量均為10 000 MVA，變比均為1:1，漏抗均為0.001 p.u.。

3.2 仿真結(jié)果分析

3.2.1 調(diào)諧功能的仿真分析

不同形式的半波長(zhǎng)線路沿線電壓隨功率的變化曲線如圖9所示。曲線X1代表自然半波長(zhǎng)線路，X2代表無源π型調(diào)諧線路，X3代表柔性π型調(diào)諧線路。x代表距半波長(zhǎng)線路送端的距離，l代表自然半波長(zhǎng)線路長(zhǎng)度，帶調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的半波長(zhǎng)線路以電氣距離代替實(shí)際線路距離以方便與自然半波長(zhǎng)線路沿線電壓進(jìn)行比較。

半波長(zhǎng)線路的自然功率約為4 500 MW，由圖9可得：傳輸功率等于自然功率時(shí)，全線路電壓的幅值基本一致；傳輸功率小于自然功率時(shí)，線路電壓分布呈兩端高，中間低；傳輸功率大于自然功率時(shí)，線路電壓分布呈兩端低，中間高；如圖9所示，1.2倍自然功率傳輸時(shí)，中點(diǎn)位置電壓最高達(dá)1.17 p.u.。

當(dāng)傳輸相同的功率時(shí)，采用無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)和采用π型柔性調(diào)諧裝置的半波長(zhǎng)線路與自然半波長(zhǎng)輸電線路的沿線電壓變化趨勢(shì)及幅值基本一致。

圖9 傳輸不同功率時(shí)不同形式的半波長(zhǎng)線路的沿線電壓分布Fig.9 Voltage distribution along the different half wavelength lines with different power

不同形式的半波長(zhǎng)線路沿線電流隨功率的變化曲線如圖10所示。由圖10可以看出，沿線電流的變化趨勢(shì)與電壓相反，離半波長(zhǎng)線路兩端越近，線路電流受傳輸功率的影響越大，但線路中點(diǎn)的電流幾乎不受傳輸功率的影響。

當(dāng)傳輸相同的功率時(shí)，采用無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)和采用π型柔性調(diào)諧裝置的半波長(zhǎng)線路與自然半波長(zhǎng)輸電線路的沿線電流變化趨勢(shì)及幅值基本一致。

圖9、圖10所示的結(jié)果驗(yàn)證了柔性調(diào)諧裝置的可行性。

圖10 傳輸不同功率時(shí)不同形式的半波長(zhǎng)線路的沿線電流分布Fig.10 Current distribution along the different half wavelength lines with different power

為驗(yàn)證傳輸功率變化時(shí)控制系統(tǒng)的有效性，令輸電線路上傳輸?shù)墓β试?～0.6 s時(shí)傳輸1倍自然功率、0.6 s～0.8 s時(shí)傳輸0.75倍自然功率。

圖11 串聯(lián)調(diào)諧器1的交直流側(cè)波形Fig.11 AC and DC side waveforms of the series tuner 1

由于兩個(gè)串聯(lián)調(diào)諧器的控制系統(tǒng)一致，四個(gè)并聯(lián)調(diào)諧器的控制系統(tǒng)也基本一致，限于篇幅，只給出了在不同負(fù)載切換時(shí)，圖8(c)中串聯(lián)調(diào)諧器1和并聯(lián)調(diào)諧器2的交直流側(cè)的波形，如圖11、12所示，隨著傳輸功率的減小，串聯(lián)調(diào)諧器直流側(cè)電壓波動(dòng)的范圍、輸出電壓和線路電流均顯著減小，并聯(lián)調(diào)諧器注入電流和連接點(diǎn)處線路電壓略微減小，而直流側(cè)電壓也基本維持在2 100 kV左右；并且在傳輸功率發(fā)生變化時(shí)，串聯(lián)調(diào)諧器和并聯(lián)調(diào)諧器的控制系統(tǒng)均能夠快速響應(yīng)，使串聯(lián)調(diào)諧器輸出的電壓和并聯(lián)調(diào)諧器注入的電流快速跟隨傳輸功率的變化。

圖12 并聯(lián)調(diào)諧器2的交直流側(cè)波形Fig.12 AC and DC side waveforms of the parallel tuner 2

在傳輸功率發(fā)生變化時(shí)，半波長(zhǎng)線路送端和受端傳輸?shù)挠泄β嗜鐖D13所示。P1、P2分別為送端系統(tǒng)輸出的有功功率和受端系統(tǒng)吸收的有功功率，可以看出，在傳輸功率發(fā)生變化時(shí)，由于待調(diào)諧輸電線路沿線存在電磁作用的推遲作用，所以受端有功功率的變化滯后送端大約0.007 s，送端和受端的有功功率在經(jīng)過短暫的波動(dòng)后也可以保持穩(wěn)定。圖11～圖13所示的結(jié)果驗(yàn)證了串聯(lián)調(diào)諧器和并聯(lián)調(diào)諧器控制系統(tǒng)的有效性。

圖13 半波長(zhǎng)輸電線路的有功功率Fig.13 Active power of half-wavelength lines

3.2.2 功率因數(shù)補(bǔ)償功能的仿真分析

設(shè)半波長(zhǎng)線路送端的有功功率為自然功率，而無功功率不為零，即功率因數(shù)不再為1；如圖14所示的四條曲線：X1代表功率因數(shù)為0.9(感性)時(shí)，采用無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的半波長(zhǎng)線路沿線電壓分布；X2代表功率因數(shù)為0.9(感性)時(shí)，采用π型柔性調(diào)諧裝置未補(bǔ)償?shù)陌氩ㄩL(zhǎng)線路沿線電壓分布；X3代表受端π型柔性調(diào)諧裝置進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償后的沿線電壓分布；X4代表功率因數(shù)為1.0時(shí)，采用無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的半波長(zhǎng)線路沿線電壓分布。

從圖14中可以看出：當(dāng)半波長(zhǎng)線路傳輸感性無功功率時(shí)，沿線電壓呈現(xiàn)出先降后升的趨勢(shì)，沿線電壓波動(dòng)較大，線路最高電壓出現(xiàn)的位置偏向末端，最高電壓達(dá)1.27 p.u，因此要盡量避免無功通過半波長(zhǎng)線路傳送；采用無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)與采用π型柔性調(diào)諧裝置未補(bǔ)償?shù)陌氩ㄩL(zhǎng)線路沿線電壓變化趨勢(shì)以及幅值基本一致。

由于受端的π型柔性調(diào)諧裝置可以進(jìn)行功率因數(shù)的補(bǔ)償，所以從圖14中可以看出，在受端π型柔性調(diào)諧裝置實(shí)施補(bǔ)償后，半波長(zhǎng)線路全線電壓基本維持在1 p.u.左右，與采用無源π型調(diào)諧裝置僅傳輸有功功率時(shí)的半波長(zhǎng)線路沿線電壓分布基本一致，避免了半波長(zhǎng)線路沿線電壓的波動(dòng)。

圖14 送端系統(tǒng)功率因數(shù)對(duì)不同形式半波長(zhǎng)線路沿線電壓的影響Fig.14 Influence of power factor on the voltage of different half wavelength lines

由圖15可以看出，當(dāng)送端系統(tǒng)功率因數(shù)為0.9(感性)時(shí)，采用無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)與采用π型柔性調(diào)諧裝置未補(bǔ)償?shù)陌氩ㄩL(zhǎng)線路沿線電流的變化趨勢(shì)與電壓相反，呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，沿線電流波動(dòng)較大。

而由于受端π型柔性調(diào)諧裝置在進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償時(shí)要補(bǔ)償受端系統(tǒng)吸收的無功功率，所以，π型柔性調(diào)諧裝置參與補(bǔ)償后的半波長(zhǎng)線路受端電流要比采用無源π型調(diào)諧裝置僅傳輸有功功率時(shí)的半波長(zhǎng)線路受端電流大一些，而除受端外兩線路沿線電流分布基本一致，基本維持在1 p.u.左右，避免了半波長(zhǎng)線路沿線電流的波動(dòng)。

圖15 送端系統(tǒng)功率因數(shù)對(duì)不同形式半波長(zhǎng)線路沿線電流的影響Fig.15 Influence of power factor on the current of different half wavelength lines

4 結(jié)束語

建立了π型柔性調(diào)諧裝置的模型，并結(jié)合并聯(lián)調(diào)諧器和串聯(lián)調(diào)諧器的主電路結(jié)構(gòu)和工作原理，設(shè)計(jì)了半波長(zhǎng)柔性調(diào)諧的控制策略。通過仿真分析得到了以下結(jié)論：

(1)在傳輸相同的功率時(shí)，采用π型柔性調(diào)諧裝置的半波長(zhǎng)線路與采用無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的半波長(zhǎng)線路以及自然半波長(zhǎng)線路的沿線電壓、電流分布基本一致，證明了π型柔性調(diào)諧裝置的可行性；

(2)在傳輸功率發(fā)生變化時(shí)，串聯(lián)調(diào)諧器和并聯(lián)調(diào)諧器的控制系統(tǒng)均能夠快速響應(yīng)，使串聯(lián)調(diào)諧器注入的電壓和并聯(lián)調(diào)諧器注入的電流快速跟隨傳輸功率的變化，驗(yàn)證了π型柔性調(diào)諧裝置控制系統(tǒng)的有效性；

(3)當(dāng)送端系統(tǒng)功率因數(shù)不為1時(shí)，送端系統(tǒng)送出的無功流經(jīng)半波長(zhǎng)線路會(huì)引起沿線電壓、電流的波動(dòng)，經(jīng)過受端π型柔性調(diào)諧裝置的補(bǔ)償，避免了沿線電壓、電流的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了無源π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)所不具有的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>

柔性調(diào)諧裝置需要高電壓大容量換流器，盡管按現(xiàn)有技術(shù)水平在工程上可以實(shí)現(xiàn)，但存在成本高，可靠性略差，運(yùn)行維護(hù)要求高等問題。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,器件成本應(yīng)該會(huì)大幅下降，考慮到柔性調(diào)諧裝置具有柔性調(diào)諧、功率因數(shù)補(bǔ)償、實(shí)現(xiàn)柔性并網(wǎng)、抑制線路過電壓、阻抗匹配等諸多無源調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)所不具有的功能，未來將有可能得到應(yīng)用。