1.2 國內外研究現狀

1.2.1 電磁式潮流控制裝置原理概述

在電力系統中，為了控制輸電線路潮流，一般是通過控制電壓幅值、相角差和線路阻抗來調節，圖1-1所示為簡化的雙端電力系統示意圖。

從圖1-1可以看出，通過改變送端與受端電壓相角差δ、電壓幅值V_r或V_s和線路組抗X_L就可以實現對線路潮流的控制。因此，出現了移相器、電壓調節器和ST等電磁式潮流控制裝置。

1.移相器

移相器通過產生一個與傳輸線路電壓相角垂直的電壓，從而改變電壓相角，移相器實物圖如圖1-2所示，移相器原理示意圖如圖1-3所示。

從圖1-3中可以看出，其A相產生的補償電壓V_s′sA=V_C-V_B，則V_s′sA與V_A相角垂直，移相器根據注入補償電壓V_s′s的大小，確定相角改變的程度，V_s′s越大，相角差δ也越大。

2.電壓調節器

電壓調節器的調節方法是在輸電線路上注入一個與送端電壓相角相同或相角相反的電壓相量，以增加或減少受端節點電壓幅值。圖1-4所示為電壓調節器原理示意圖。

在圖1-4中，電壓調節器的三相勵磁側繞組星形聯結，其補償單元為線路送端電壓V_s，通過注入同相或反相電壓V_s′s，補償后得到的電壓為V_s′=V_s±V_s′s。由于V_s與V_s′s相角一致，則經過電壓調節器作用后將其送端電壓幅值增加或減少 |V_s′s|。

3.SEN Transformer（ST）

根據對移相器和電壓調節器的介紹，可知以上兩種電磁式潮流控制裝置只能單獨地改變電壓幅值或者相角，也就意味著它們不能獨立控制線路的有功功率和無功功率。因此，SEN博士提出了一種改進型移相變壓器，其能夠獨立控制線路有功功率和無功功率，且兼具電壓調節、相角調節和阻抗調節的功能。同時，它是基于變壓器和有載分接開關技術實現潮流調節的，所以其成本較低、損耗較低且可靠性高。ST原理示意圖如圖1-5所示。

從圖1-5可知，以A相為例，ST勵磁側繞組星形聯結，其A相二次繞組a₁、B相二次繞組b₁和C相二次繞組c₁串聯到A相輸電線路。由于其二次繞組電壓V_aa、V_ba和V_ca相角互差120°，通過改變各二次繞組匝數就可以實現不同電壓幅值和不同相角的補償，即ST能夠獨立控制線路的有功功率和無功功率。

ST是通過調節二次繞組的有載分接開關得到補償電壓，從而調節輸電線路的有功功率和無功功率。因此，其調節過程屬于離散調節，且控制精度較差。進而，參考文獻[21-22]提出了一種由小容量UPFC和大容量ST串聯組成的混合式潮流控制器，但是它們僅將兩個裝置直接連接起來，只有電的聯系，沒有磁的耦合，且沒有對混合式潮流控制器容量計算方法和閉環控制策略深入研究。繼而參考文獻[23]提出了一種電磁混合式統一潮流控制器，將ST與UPFC共用一次側勵磁側繞組，使兩個裝置有了電磁聯系，成為一個串并聯型潮流控制裝置。基于以上工作的研究，參考文獻[24-25]提出了一種改進型移相變壓器，將移相變壓器的結構從四繞組變壓器簡化為雙繞組變壓器，使得在工程應用上更容易實現。此外，參考文獻[26]提出了一種晶閘管輔助式ST，其由一個小容量的交流斬波電路和一個大容量ST串聯組成，能實現ST的無差調節。然而，基于VSC技術的UPFC或電力電子技術的交流斬波電路與基于有載分接開關調控技術的ST的協同控制原理較復雜。參考文獻[27-28]提出了一種二次繞組反相的改進型ST，其有效地改善了傳統ST的控制精度且增加了ST的運行域，但是有載分接開關仍然采用機械式分接開關，從本質上并沒有增加調控速度。進而，參考文獻[29-30]提出了一種基于電力電子開關技術二次繞組反相的EST，其調節速度、控制精度和運行域都優于傳統ST，且控制方法簡單。