基本介紹
- 中文名：線間潮流控制器
- 外文名：interline power flow controller
- 縮寫：IPFC
- 提出時間：1998年
- 套用：變電站等
- 涉及領域：電力系統、控制技術等
簡介,工作原理,潮流最佳化,套用,
簡介
隨著電力系統的不斷發展，以及先進控制技術的不斷產生，1998年由Gyugyi、Sen和Schauder共同提出了線間潮流控制器(IPFC)的概念，它為變電站多條輸電線路的補償提出了一個全新的解決方案。在此之前的所有補償方案都可以稱之為“傳統”的解決方案，在這些傳統的解決方案中，一般都採用固定的、晶閘管控制的或是基於SSSC的串聯容性補償，它們一般都只能增加指定線路上的輸送功率，當然，也可用它們來解決多條輸電線路中通常遇到的負荷平衡問題。但是，不管它們的實現方式如何，串聯無功補償器不能控制線路的無功潮流，因而也不能適當地平衡線路負荷。這種情況部分是由於線路電抗與電阻之比(X/R)相對較低所造成的，且比值越低，該問題越顯得突出。因為串聯無功補償僅減少了線路的有效電抗X，使X/R比值明顯降低，從而增加了線路的無功潮流和損耗。IPFC結構，以及它對各條線路具有獨立可控的串聯無功補償的能力，使它能在補償線路之間直接傳遞有功功率。
IPFC的這種能力使它能平衡線路間的有功和無功潮流，通過有功功率的平衡疏通減少過負荷線路的負擔，補償線路的電阻性壓降和相應的無功功率需求，增加系統在動態擾動下的整體補償效果，並保證這種補償的有效性。也就是說，IPFC為變電站多線路的潮流管理提供了高效的控制模式。
工作原理
線間潮流控制器一般使用多個直-交變流器，每個變流器都為各自所線上路提供串聯補償。也可以說，IPFC由多個靜止同步串聯補償器組成。IPFC的一般構成原理仍然是將補償變流器的直流側連在一起。使用這種結構的IPFC除了能提供串聯無功補償外，每個變流器還可以從各自控制的輸電線路向公共直流母線提供有功功率。這樣，系統就可以利用輕載線路的剩餘容量來傳送其他重負荷線路的有功功率。這種結構和對應的控制方式能夠緩解某些過負荷線路或無功潮流負擔較重線路上變流器的壓力。為滿足電力系統各種運行工況的補償要求，可以將IPFC設計成具有有功和無功四象限潮流控制的變流器，這一特性與統一潮流控制器(UPFC)非常相似，但UPFC只是對一條輸電線路的控制，而IPFC則是對多條輸電線路的控制。顯然，IPFC的這種結構要求有適當的控制措施，使公共直流母線能夠平衡所有線路上的功率，所遵循的一般原則就是用輕載線路傳遞過負荷線路的有功功率。
圖1：IPCF結構示意圖
潮流最佳化
將IPFC加入到網路中進行潮流最佳化，可以看成是非線性最佳化問題，用目標函式及其約束條件求解，以圖2(IEEE3機9節點系統)為例：
圖2
可以看出有IPFC的情況下使母線電壓的幅值得到降低，相角也會發生相應的變化。
套用
在實際情況下，IPFC一般要對複雜、多線路的系統進行控制。此時，每條迴路的長度、電壓等級、各條線路的容量等，都會有很大的不同。IPFC所具有的最大吸引力之一就是它內部所固有的靈活性，它能處理各種複雜系統和不同的運行要求。但在實際套用中應注意以下幾點：
(1)當需要串聯補償或其他串聯潮流控制(如移相)時，採用IPFC就能充分發揮它的優越特性。這是因為IPFC只是對其他獨立串聯補償器(如SSSC)的一種簡單合成，在不顯著增加硬體的前提下，它能極大地提升那些獨立補償器的容量。在系統需要時，所增加的容量可以從某條線路轉移到另一條線路。此外，IPFC中的變流器可以進行解耦控制，在不改變任何硬體的前提下，它可獨立地作為串聯無功補償器來運行。
(2)雖然具有不同直流電壓等級的變流器可以通過DC-DC斬波器(變流器)進行耦合，但這種結構的運行損耗相對較高，不太經濟。因此在IPFC系統中，對所有變流器的直流側只建立一個公共的直流連線，這樣就可通過直流耦合通道經濟地獲得容量的增加。對公共直流電壓的電壓等級要進行合理的設計，但不能對換流器的設計增加苛刻的限制，因為在多回線、大容量套用中經常會有一些限制。除了直流耦合的潛在功效外，公共直流電壓還有利於對某一套用地點的變流器類型進行標準化設計，這樣也便於設備維護和零部件配套。
(3)IPFC中不同變流器的運行範圍可能有很大的不同，這與每條線路上的電壓等級和容量大小有關，也與期望的補償容量有關。顯然，設計時應儘量使高電壓/大功率的線路向低電壓/小功率的線路提供所需的有功功率，以最佳化功率傳輸，這對高電壓/大功率線路本身的傳輸也不會產生明顯影響。
(4)在多迴路和網孔系統中，IPFC是解決有功和無功潮流平衡的理想方案。
(5)可以對IPFC的變流器進行控制，以提供完全不同的運行功能，如獨立的P和Q控制、傳輸角調節中的移相控制、傳輸阻抗控制等。根據系統運行需求的不同，可選擇不同的運行功能。
