1.2 国内外研究现状

1.2.1 电磁式潮流控制装置原理概述

在电力系统中，为了控制输电线路潮流，一般是通过控制电压幅值、相角差和线路阻抗来调节，图1-1所示为简化的双端电力系统示意图。

从图1-1可以看出，通过改变送端与受端电压相角差δ、电压幅值V_r或V_s和线路组抗X_L就可以实现对线路潮流的控制。因此，出现了移相器、电压调节器和ST等电磁式潮流控制装置。

图1-1 简化的双端电力系统示意图

1.移相器

移相器通过产生一个与传输线路电压相角垂直的电压，从而改变电压相角，移相器实物图如图1-2所示，移相器原理示意图如图1-3所示。

图1-2 移相器实物图

图1-3 移相器原理示意图

从图1-3中可以看出，其A相产生的补偿电压V_s′sA=V_C-V_B，则V_s′sA与V_A相角垂直，移相器根据注入补偿电压V_s′s的大小，确定相角改变的程度，V_s′s越大，相角差δ也越大。

2.电压调节器

电压调节器的调节方法是在输电线路上注入一个与送端电压相角相同或相角相反的电压相量，以增加或减少受端节点电压幅值。图1-4所示为电压调节器原理示意图。

图1-4 电压调节器原理示意图

在图1-4中，电压调节器的三相励磁侧绕组星形联结，其补偿单元为线路送端电压V_s，通过注入同相或反相电压V_s′s，补偿后得到的电压为V_s′=V_s±V_s′s。由于V_s与V_s′s相角一致，则经过电压调节器作用后将其送端电压幅值增加或减少 |V_s′s|。

3.SEN Transformer（ST）

根据对移相器和电压调节器的介绍，可知以上两种电磁式潮流控制装置只能单独地改变电压幅值或者相角，也就意味着它们不能独立控制线路的有功功率和无功功率。因此，SEN博士提出了一种改进型移相变压器，其能够独立控制线路有功功率和无功功率，且兼具电压调节、相角调节和阻抗调节的功能。同时，它是基于变压器和有载分接开关技术实现潮流调节的，所以其成本较低、损耗较低且可靠性高。ST原理示意图如图1-5所示。

从图1-5可知，以A相为例，ST励磁侧绕组星形联结，其A相二次绕组a₁、B相二次绕组b₁和C相二次绕组c₁串联到A相输电线路。由于其二次绕组电压V_aa、V_ba和V_ca相角互差120°，通过改变各二次绕组匝数就可以实现不同电压幅值和不同相角的补偿，即ST能够独立控制线路的有功功率和无功功率。

图1-5 ST原理示意图

ST是通过调节二次绕组的有载分接开关得到补偿电压，从而调节输电线路的有功功率和无功功率。因此，其调节过程属于离散调节，且控制精度较差。进而，参考文献[21-22]提出了一种由小容量UPFC和大容量ST串联组成的混合式潮流控制器，但是它们仅将两个装置直接连接起来，只有电的联系，没有磁的耦合，且没有对混合式潮流控制器容量计算方法和闭环控制策略深入研究。继而参考文献[23]提出了一种电磁混合式统一潮流控制器，将ST与UPFC共用一次侧励磁侧绕组，使两个装置有了电磁联系，成为一个串并联型潮流控制装置。基于以上工作的研究，参考文献[24-25]提出了一种改进型移相变压器，将移相变压器的结构从四绕组变压器简化为双绕组变压器，使得在工程应用上更容易实现。此外，参考文献[26]提出了一种晶闸管辅助式ST，其由一个小容量的交流斩波电路和一个大容量ST串联组成，能实现ST的无差调节。然而，基于VSC技术的UPFC或电力电子技术的交流斩波电路与基于有载分接开关调控技术的ST的协同控制原理较复杂。参考文献[27-28]提出了一种二次绕组反相的改进型ST，其有效地改善了传统ST的控制精度且增加了ST的运行域，但是有载分接开关仍然采用机械式分接开关，从本质上并没有增加调控速度。进而，参考文献[29-30]提出了一种基于电力电子开关技术二次绕组反相的EST，其调节速度、控制精度和运行域都优于传统ST，且控制方法简单。