第一章 FACTS的概念和传输系统.doc

1 1 柔性交流输电系统的基本概念 1.1 概述 柔性交流输电系统，即FACTS（Flexible AC Transmission Systems ）技术，是电力电子技术 在电力系统中应用的一个重要方面，它已在电能的生产、传输和分配的各个环节都得到了应用， 是电力系统发展的一个重要里程碑。大量的电力电子器件不仅提供了高速、可靠和先进的开关技 术，更为重要的是，借助于这些基于电力电子器件、且具有革新概念的电力产品所提供的大量机 会，电能的生产、传输、和使用的质量得到了有力的提高。 电力电子技术与传统的电力系统控制设备的结合，使电力系统中影响潮流分布的电压、线路 阻抗及功角这三个主要电气参数能得到迅速调整。在不改变网络结构的前提下，FACTS 使网络的 功率传输能力以及对潮流和电压的可控性大为提高，能对系统运行参数中的一个或多个产生影响。 根据FACTS作用，它的主要功能可归纳为以下几点： 1) 较大范围地控制潮流，使之按指定路径流动； 2) 保证输电线的负荷可以接近热稳定极限，但不会出现过负荷； 3) 在控制区域内可传输更多的功率，因而能减少发电机的热备用； 4) 在系统短路和设备故障情况下，能够防止出现线路连锁跳闸的“骨牌效应” ； 5) 阻尼可能会损坏设备，限制输电容量的各种电力系统振荡。 电力系统的潮流分布是输电线路阻抗、送端和受端电压幅值，以及这两个电压之间的相位差 的函数，只要控制其中一个或一组潮流变量，就可以实现对输电线路上的有功和无功潮流进行控 制。 在电力系统发展的初期，系统结构比较简单，一般只能满足局部地区的需要，也不存在利用 传输线与邻近电力系统发生有功功率的能量交换。因此，交流输电网络很难及时处理电力系统的 快速变化，在解决动态稳定性问题时，一般都要增加稳定裕量，这样可保证在出现误操作时，或 故障后系统能自动恢复到稳态。随着电力系统的发展，电力系统的负荷能力和安全运行能力已经 得到了极大的提高。一般情况下，只要通过并联电容器的方法就能够保证系统电压在规定范围内 运行。在传输线路上串联电容器可减少传输线路的阻抗，因而也能提高传输线路的输送能力。移 相变压器则是在传输线送、受端之间引入相位偏移，因而也能达到控制潮流的目的。 传统的电力系统控制设备都是机械型的，它们的响应速度较慢。从稳态运行的角度看，这种 机械装置可起到稳定运行的作用；但从动态控制的角度来看，由于它的响应速度太慢，不能有效 地减少瞬态振荡，因此在系统动态稳定中起不到有效的作用。如果能提高这种机械控制系统的速 度，则在给定稳定裕量的前提下，电力系统的安全性就能够得到显著改善，同时也能较好地利用 系统传输设备的容量。这种思想的形成和发展是在20世纪80年代初期和中期由美国电力研究所 （Electric Power Research Institute，EPRI）提出来的，并在 1986年由美国电力系统专家N. G. Hingorani博士正式提出 “柔性交流输电系统 ”这个概念。其后，这种思想在电力电子技术的强有 力支持下又得到了进一步的巩固，这就是柔性交流输电的前奏曲。它实际上回答了如何有效利用 现有电力系统资源，维持或改善电力系统的稳定。 FACTS概念的提出，立即得到世界各国电力部门的高度重视，许多国际学术组织，如电气与 电子工程师学会（IEEE） 、国际大电网会议（ CIGRE） 、美国电力研究所（EPRI） 、电气工程师学 会（IEE ）等，都设立了专门委员会或工作组开展FACTS 工作， FACTS方面的研究论文、研究报 告和各种FACTS装置也相继出现。鉴于FACTS技术的迅猛发展，国际电力工程学会（PES）在 1997年的冬季会议上，对FACTS这个术语给出了明确的定义： FACTS即是与电力电子器件或其 它静止控制器结合的、能提高电力系统可控性和增大电力传输能力的交流输电系统。从这个定义 出发，可以将FACTS控制器理解为，它是可提供一个或多个交流输电系统参数控制的电力电子型 系统和其它静止型设备。 2 从以上定义中可以看出，可列入FACTS控制器家族的装置应该是很多的，特别是定义中的 “其它静止控制器”还将包括更多电力电子器件在电力系统中应用的内容。事实上也可理解为， “凡是利用电力电子器件或其它静止控制器使电力系统的电能质量和输送能力得到提高的装置” ， 都可称为FACTS装置。因此，可以认为FACTS是包含了下列3层含义的新型输电系统： 1) FACTS代表的是一种交流输电系统，不过它的灵活性更好，有别于以往的交流输电系统； 2) FACTS结构基础是电力电子器件与其它( 如电容器、电抗器之类)无源元件的组合； 3) FACTS的目的就是要提高输电系统的可控性、保证电能质量，并能增强系统电传输能力。 1.2 电能质量的基本概念 “电能质量”这个术语究竟具有什么样的含义，事实上到今天为止，不同的学者或是不同的 标准制定组织都有不同的定义。在IEEE的范围内，IEEE Std 1100给出了明确的定义，从字面上 解释就是， “电能质量就是电源敏感设备在合适的运行条件下运行的概念 ”。但是国际电工委员会 （IEC）在它的任何标准文献中，从未使用“电能质量”这个术语，而是使用 “电磁兼容”这个 术语。它的定义是(IEC 61000-1-1) 直译过来就是， “电磁兼容就是一个设备或是一个系统在它的 电磁环境中能够满意工作的能力，同时它不会对该环境中的任何其它设备造成难以容忍的电磁干 扰” 。 根据许多权威性的公开刊物以及这些刊物所使用的不同术语的内涵和背景来分析，可以认为 “电能质量”具有以下一些基本概念： （1）电压质量：电压质量是实际电压与理想电压的偏差，这个理想电压就是恒频恒幅的正弦波。 这种定义的局限性在于它仅仅涵盖了技术方面的内容，甚至在这个技术层面上它还忽略了电流畸 变。电压质量是通常使用的名词，特别是在欧洲的一些公开发表物上比较多见。 （2）电流质量：电流质量是实际电流与理想电流的偏差，同样，理想电流是恒频恒幅的正弦波。 对它还应有一个附加要求，即这个正弦波应与电源电压同相。当然，电压和电流有很强的关联性， 如果其中的一个偏离了它的理想情况，则另一个很难保证是理想的。 （3）功率质量：功率质量是电压质量和电流质量的综合，因此，功率质量可以说是电压和/或电 流与理想情况的偏离。值得注意的是，功率质量和电压、电流之积与理想波形的偏差，与功率质 量没有任何关系。 （4）电源质量：它包括电压质量的技术部分和非技术部分的“服务质量” 。后者涉及到用户和电 力部门之间的相互关系。 （5）消费质量：它可以看成是电源质量的补充，也可以看成是电流质量再加上用户的一些信用 质量，如用户是否按期缴纳电费等。 （6）电磁兼容：这是国际电工委员会(IEC)所制定的标准。该标准的定义前面已给予了说明，此 处不再赘述。 由上可见，电能质量所包含的内容是比较广泛的，即使是从IEEE或是IEC给出的定义来看， 它还是比较原则性的概念，没有一个量化的指标。所以，在本书的内容中，凡涉及到电能质量方 面的术语，都是指实际电压和/ 或电流波形与理想波形之间的偏差，而这一概念与上面所介绍的 广义概念有一定的区别，这是因为本书所涉及到的内容基本上只用这样狭义的解释就足够了，但 这并不代表这种狭义解释具有广泛的代表性。 电力系统发展到今天已变得越来越复杂，交互作用也越来越强。电能质量控制的发展，特别 是现代电能质量的发展与电力电子技术的发展是紧密相连的。电能质量的基本内容主要包含电压 幅值、系统频率、有功和无功的调节、输送容量和功率因数的提高、谐波抑制等。传统的电能质 量控制设备一般都是由无源元件或是带有旋转部分的装置所组成，当然电能质量的控制也有很多 是通过调节发电机组的运行状态来实现的。但电力系统的迅速发展，电网之间的互连度、传输距 离的增加，以及不同负荷性质的大型企业的出现，使完全依靠发电机组和无源元件来完成电能质 量的控制已经不是太有效了。FACTS技术的出现，使得电能质量控制的概念以及实现手段发生了 3 根本性的变化。它不但能实现发电厂、输电线路的电能质量控制，而且还能对不同性质的负荷实 现优化运行控制。FACTS装置所起到的作用大小，除了与控制技术有关外，在很大程度上还取决 于电力电子器件的容量大小。图1-1给出了主要有代表性的开关器件的发展概况和频率容量的关 系。由图中可以看出，晶片直径由20世纪70年代的2in （50.8mm) 到2000年的6in(152.4mm) ，对应 的GTO 容量由20 世纪80年初期的 6MVA发展到2000年的36MVA，在相同时间段内，晶闸管由 6MVA发展到32MVA，IGBT 则已经出现了4.5kV/0.9kA 的高压模块。由图 1-1(b)可以看出，电力 电子器件正朝着容量越来越大，频率越来越高的方向发展。所有这些都表明，正是由于有了电力 电子技术的迅猛发展，才使得FACTS技术得以进步。 图1-1 电力电子器件的发展概况及趋势 1.3 输电线路的互连 世界上几乎所有的供电系统都是相互连接的，它除了与本地电网相连外，还延伸到地区级供 电系统，进而与国家电网、甚至与国际间的输电网相连。这种电网互连系统最直接的经济效益是 可降低电力输送的成本；而从供电质量上看，它能有效提高电力供应的可靠性。 1.3.1 输电线路互连的重要性 社会和经济的发展推动了电力工业的不断扩大和进步。进入21世纪以来，世界各国的人均 用电量正在不断攀升，电能的有效、合理的分配和利用已成为各国能源政策的焦点。从经济的角 度看，电能输送需要输电线路的相互连接，因为它除了能输送电能之外，输电互连网络的目的是 共享发电厂和负荷中心，它能将总发电量和燃料的成本降到最低。输电线路相互连接有利于充分 利用多元化负荷，有效利用电力资源，并使发电厂的燃料成本能以最低价格安全、可靠地提供给 用户。如果输电系统是由各地区的各个发电厂呈辐射方式向用户提供电能的，各网之间没有相互 连接，则在这种网络格局下，要保证供电的可靠性就要新建许多发电厂，以满足这些重要用户的 需求，因而用户所承受的电费也会很高。根据这样一种思路，不论是大发电厂还是小发电厂组成 的系统，结果将是输电容量越小，则需要的单位电力资源会越多，也造成资源的极大浪费。鉴于 这种情况，人们迫切希望架设一些新的输电线路，以保障能就近获得电能。实际上，架设新的输 电线路就是对电力资源的一种选择。如果有一条主干传输线路，它将沿线一些小电站连接在一起， 并形成了一个小电网，那么一些小的分布式电站就能够在较为经济的方式下运行。另一个问题是， 如果有了网络互连，但系统设计者没能利用先进的分析方法，将输电计划与发电/输电成本结合 起来分析，那么这种系统也不能保证电力与传输之间有最适宜的平衡。新建输电线路同样存在建 设费用和线路损耗的问题，这也经常会限制电能的有效传输。在很多情况下，要获得经济的资源 4 或资源共享似乎会受到输电容量的限制，而且这种情况现在依然没有得到有效的解决。在没有电 力制约的电力服务环境下，有效的电力网络对营造可靠的电力服务竞争环境是至关重要的。 另一方面，随着电力传输的发展，电力系统的运行已变得更加复杂，系统在大故障后稳定运 行的可靠性显著降低，导致大量电能不能得到适当控制。过多的无功功率充斥着系统的不同部分， 系统不同部分的动态波动会相互影响，传输瓶颈等，所有这些都将导致不能充分发挥输电系统相 互连接的潜力。 随着世界各国经济的不断发展，无论哪个输电网络上都承载了大量的负荷。在电力市场机制 的作用下，随着非常规运行发电机数量的增加，以及用户之间白热化的激烈竞争，这些需求还将 继续增加，而且也很难获得一种有效途径来解决这类问题。因此，传输容量的增加、缺乏长期规 划、开通电力公司和消费者之间的沟通渠道等，所有这些均已构成供电安全性问题，并有可能造 成供电质量的下降。要缓解这种下降的趋势，FACTS 技术是必不可少的，但有效利用 输电设备 的大部分服务设施和提高公用高压电力网的可靠性并不能解决所有的难题。应该指出的是，对于 日益膨胀的电能需求，架设新的输电线路，或提高现有输电线路的电流和电压等级也是非常必要 的。 1.3.2 FACTS的机遇 电力工业的不断进步，超高压、大容量、远距离输电已成为现代电力系统的重要标志。如像 三峡这样的大型电站的不断兴建，而且在今后几年内，我国将在金沙江兴建相当于两个三峡电站 这样的大型梯级电站，这无疑使电网之间的关联性和复杂性变得越来越大，其控制所考虑的因素 也越来越多。系统中有时包含数千条母线和数百台发电机，所以在保持系统稳定性和安全性的前 提下，有必要改善电能利用率。一般而言，发电厂都不会处于负荷中心，而是根据地理位置或是 发展前景的需要而修建的，它会受到法律和法规的制约。为了满足日益增长的电能需要，许多电 能质量控制设备都是基于现有网络结构进行设计的，而不是通过另外新增网络达到要求的。这样 可能会导致在某些输电线上功率潮流远低于其热稳定极限，而其它线路上则是超负荷运行。此时， 系统所反映出的总体效果是稳定性和安全性降低，电压波形出现畸变。而连网规模的扩大和发电 容量的不断增加，使电力工业在管理电力系统的技术方面面临诸多问题，如果处理不当，有可能 出现意想不到的事故。如在美国当地时间2003年8月14日下午 4时25分，美国东北部、加拿大安大 略省和渥太华地区所出现的大面积停电事故，使位于纽约、新泽西、俄亥俄与密歇根的9座核电 站被迫关闭，纽约、波士顿、克利夫兰、底特律、多伦多、渥太华等10余个美加城市约5000万人 受到不同程度的影响，地铁、电梯、通讯和机场等设施的运行遭受极大影响。这些现象说明，电 力系统的高质量稳定运行是极其重要的。 另外，电力发展的不平衡主要体现在以下几个方面： 1) 由于发电资源分布不均匀，导致发电中心与负荷中心不一致，许多用户越来越远离发电厂， 因此，需要高电压长距离输送大量的电能。 2) 随着国民经济的不断发展，电力负荷也持续增加，实际的年负荷、月负荷及日负荷的需求量 也不断增加，输电能力不足的矛盾日益突出，因此，必须提高输电线路的输送能力。重负荷时， 输电线路有时会出现过负荷现象，线损和线路压降也不断增加，但又远远达不到输电线路的热 稳定极限，在线路容量不变的情况下，线路无法送出满足用户需要的电力；而在某些轻负荷情 况下，如城市电力电缆，由于线路长的电容效应，造成输电线路末端电压升高，线路无法正常 运行，严重时危及线路末端及末端下一电压等级的电力设备。 3) 输电线路不能得到充分利用，引起输电成本的提高，造成一定的经济损失。 面对电力系统发展中的这些问题，需要对系统参数和网络结构进行快速灵活的调整，提高控 制装置的响应速度，并实时控制电网潮流的走向和分布。遗憾的是，传统的交流输电控制技术很 难达到上述要求，而20世纪80年代后期由美国电力研究所与西屋（WH)公司提出的灵活交流输电 技术，为解决上述问题开辟了一个全新的途径。 5 早期的电力系统开关基本上是机械控制的，而现在普遍使用的是微电子、计算机和高速通信 技术，并通过这些高新技术对现代电力输电系统进行控制和维护。但是当操作信号送到负荷终端 对电能进行控制时，如果配电装置是机械设备，它就不可能产生快速的控制效果，因而会降低这 些高新技术的有效性。另一个问题是，与静止控制设备相比，机械设备会很快产生疲劳和磨损， 它也不允许频繁动作。因此，无论是从动态还是从稳态运行的角度来看，这样的系统实际上就是 处于无控制状态。当然，即使是针对这样的组合系统，电力工程的设计者、操作人员和工程师们 通过长期的实践已掌握了用各种独特精湛的技术来处理这些问题，并维持系统的稳定运行。但这 种电网的运行利润已处于边缘状态，其系统冗余也不富裕，因此这种系统作为一种资本运作只能 谨慎地加以利用，但它毕竟存在一定的风险。正是在这样的背景条件下，必要而基本的FACTS 技术才能得以有效的发展。从电能质量的控制来讲，除了传统的发电机控制外，本书主要阐述 FACTS的控制技术。 电气工程师最感兴趣的是，FACTS技术能够为现有的电能控制开辟一个新的途径，它能使现 有设备的容量得到有效利用。这种技术对拟新建的以及待升级的输电系统设计都会带来新的考虑。 出于成本核算的需要，多数电力公司在控制成本的同时，总是最大限度地增大现有线路的潜力， 有的则采用较大线径的输电导线。但使用FACTS控制器时，只要设定一个合适的额定功率，同样 能保证在正常和偶发故障状态下的运行。 正是由于FACTS控制器的灵活控制功能，才有可能控制输电 系统运行中相互关联的参数，其 中包括串联阻抗、并联阻抗、电流、电压、相位角和在额定工作频率以下的各种频率的阻尼振荡。 在不降低可用传输容量的前提下，如果通过机械方式来维持系统可靠性，可能会遇到不可逾越的 障碍，有些障碍甚至还无法克服。但改用了FACTS 控制器后，就能够使 输电线路上输送的功率 接近线路的热容量设定值，并能用快速响应的电力电子器件取代机械开关。 必须强调，FACTS是一种功能性的技术手段，并非是一对一地替代机械开关，它也不是单一 的大功率控制器，而是多个控制器的集合体，可以将它们分开应用，或协同其它控制器来控制一 个或多个上述提及的相关系统参数。只要FACTS控制器设计得比较合理，它就可以用来克服指定 输电线路或通道的特殊限制。由于各种不同的FACTS控制器都具有相似的基本单元，它们所具有 的先进性以及用它们所形成的产品，最终会在技术市场上占据优势。就像晶体管是各种微电子芯 片和电路的基本单元一样，晶闸管或大功率晶体管已成为各种大功率电子控制器的基本核心。 若采用FATCS来改善线路输送能力，只需适当地增加一定的投资，就能使 FACTS技术不断 发掘线路的传输潜力，进而增加输送容量。电力线路的建造设计师也将会看到，机械开关与 FACTS控制器正在循序渐进地发展，在一个适宜的、分阶段投资的环境下， 输电系统将是一个机 械与FACTS控制器共同作用的载体。应该指出的是，实现 FACTS技术，就要涉及到一些基本的 技术问题，它要通过高压直流输电（HVDC） 、电力系统潮流控制和大功率工业驱动装置来证明。 然而随着电力电子装置的不断改进，特别是带有自关断能力的功率器件的发展，以及FACTS 控制 器概念的不断更新，FACTS控制器的成本将继续降低，大规模地使用 FACTS技术已成为大势所 趋。 1.4 交流输电系统中的潮流 目前，许多输电设施都会面临一个或多个限制电网运行的参数，这些设施也没有能力随意改 变电力系统的潮流分布。在交流系统中若存在一定的电能储备，无论储能多少，在任何时候它都 会使系统产生的电能与负荷消耗的电能处于平衡状态。从某种程度上讲，这是因为电力系统具有 自身调节的能力。如果发电量小于负荷消耗的电量，系统的电压和频率就会下降，接着负荷就会 相应减少，直到它所消耗的电能等于系统的发电量减去输电线路损耗为止。但这种自身调节系统 的稳定裕量只有百分之几。例如，电压由于无功功率的支撑得到了提高，那么负荷也随之增大。 若此时的输入功率保持不变，则频率就会下降，最后将导致系统崩溃。换句话说，如果系统中的 无功功率不是很合适，系统将会出现电压崩溃的危险。 6 当电网中有适当的电能可利用时，有功功率潮流就会从富余区向电能不足的区域流动。流动 的路径可以有多种不同的并行通道，它可以是超高压线路和/ 或中压线路。在这方面，通常总是 以美国东北地区从加拿大的安大略水电站购买大量电能为例来说明这个问题。该线路为PJM系统 的长距离输电线路，它的特点是输电容量大，线路所呈现的阻抗低，因而具有很高的输送效率。 事实上，任何输电系统中都存在一些重要回路和众多次要回路的潮流，还有一些不均匀潮流。一 般在长距离的输电线路上总会分布着许多负荷群和发电机组，本节将根据电力系统分析的基本原 理，对这些潮流的控制进行一般性的说明。 1.4.1 并行线路中的潮流 为方便起见，现以一个非常简单的例子来说明潮流的分布。在图1-2a中，假设图示左边的发 电机为电能富余区，它的电能通过两条并行线路（也可能是几条输电通道）向图示右边的电能匮 乏区流动。在没有任何控制的前提下，潮流分布可根据输电线路阻抗的倒数来确定。若不考虑该 段输电线路业主与用户之间的合约条款因素，就可能使低阻抗线路过负荷。即使高阻抗的线路并 没有达到额定负荷，也同样要对这段并行线路的负荷进行限制。通过提高过负荷线路的电流容量 来解决这个问题显然不太合适，因为这样做的结果将是进一步减少该条线路的阻抗，即使高阻抗 线路具有很高的输送容量，但它始终达不到它的额定容量。而且从经济上考虑，这样做的成本也 很高。 图1-2 a)并联线路中的功率潮流 b)HVDC控制的功率潮流c)可变阻抗控制的功率潮流 d)可变相位角控制的功率潮流 图1-2b同样是两条并行线路，但其中一条为高压直流输电（HVDC ） 。由于HVDC支路的潮流 大小是由调度员控制的，其操作命令可直接作用于电力电子变流器，使潮流能够按调度员的要求 输送规定的电能。正是因为HVDC的潮流可通过电气的方式得到控制，所以只要变流器的容量足 够大，就可使HVDC线路工作在热容极量限附近。此外，由于HVDC 的高速控制性能，也有助于 维持与之并行的交流线路的稳定。但HVDC对于一般的用户来讲比较昂贵，所以一般只有在长距 离输电时才可考虑使用HVDC。我国现已有多条HVDC系统，其输电距离一般在500km以上，且 都是通过调度员进行调度。HVDC主要是电能的送、受端两个变流站的成本较高，如果输送距离 太短的话，就没有什么经济效益了，这也是它的应用受到局限的一个很重要的原因。随着电力电 子技术的发展和变流站设备成本的降低，HVDC的推广普及仍会有很大的空间。 作为并行线路潮流控制的另外一些FACTS控制器的形式如图 1-2c和d所示。其中图1-2c表示 其中一条支路安装了变阻抗潮流控制器，而图1-2d的其中一条支路安装了移相控制器。通过控制 阻抗大小或相位角偏移，以及通过串联方式注入适当的电压（图中未表示） ，FACTS 控制器就能 根据需要控制线路的潮流。事实上，当希望该段线路能够输送更多的电能时，考虑到并行线路也 存在一定的损耗，最大额定潮流可限制在意外故障电流以下。 1.4.2 网孔潮流 为了进一步理解自由潮流的概念，下面以一个非常简单的例子来说明这个问题。图1-3表明， 两个不同地点的发电机通过由三条传输线路构成的网孔向一个负荷中心供电。设输电线AB，BC 7 和AC段的额定输送容量分别为1000 MW、1250 MW 和2000 MW，线路阻抗为纯感性，同时假设 每条线路在故障情况下的额定容量为上述数值的两倍。因此，当这些线路中任何一条出现断线时， 系统就有足够的时间重新进行潮流规划。如果其中一台发电机输出2000 MW的功率，另一台输出 1000 MW，那么输送到负荷中心总的有功功率就是 3000 MW。如图l-3a所示，在给定的线路阻抗 值下，3条线路输送的容量分别为600MV、1600MV 和1400 MW 。此时，相对于BC 段的额定容量 （1250MW）来讲，就出现了过负荷。因此，为了使 BC输电线路不出现过负荷，同时又保证负 荷中心的用电不会受到损害，应该减少B处发电机的发电功率，同时增加A处发电机的输出功率。 图1-3 a)网孔潮流系统 b) AC中晶闸管控制的串联电容器系统 c)线路BC上晶闸管控制的串联电抗器系统 d)线路AC上晶闸管控制的相角调节器 由此可以看出，潮流分布是由输电线路的串联阻抗决定的，而且这种阻抗性质的90%为感性， 它与线路的管理辖区、合约条款，以及线路的发热极限或输送损耗没有关系。与并行输电线路的 情况相同，在没有任何控制的条件下，潮流是按自然规律进行分配的。 如图1-3b所示，如果在AC线路上装具有 5相同频率的电容器，则线路电抗就由10减小到5 ，此时通过AB、BC 和AC 线路的潮流分别变为250MW、1250MW和1750 MW 。显而易见，如 果串联电容器可调，就可根据管理人员的要求、合同条款、线路发热容量极限或输送损耗等情况 进行潮流控制，并能在很大范围内对负荷大小及发电多少进行规划。尽管这种可调电容可能是用 电力电子器件或机械开关进行投切的，但投切次数应根据电力电子器件的理论计算值或机械开关 的磨损极限规定进行严格的计算，同时还应综合考虑在给定负荷、发电计划、线路故障等条件下 对线路负荷变化所造成的影响。如果串联电容器是机械开关控制的，可能会产生一些副作用，如 诱发次同步谐振等。对于50Hz的交流电来讲，典型的次同步频率一般在 1040Hz之间出现。当多 个汽轮发电机组的机轴振动频率与50Hz和线路自然频率之差保持一致时，就会产生次同步谐振。 这个自然频率也就是可控串联电容的容抗与线路分布电感的感抗所呈现的串联谐振频率。如果这 种谐振持续不断，则很快就会损坏发电机的机轴。同样，当输电线路中的其中一条出现故障时， 就会迫使其它线路在紧急的高负荷状态下运行。此时，有功潮流会产生低频（0.23Hz）振荡， 它有可能引发同步发电机的失步，甚至造成系统崩溃。 8 如果所有或部分串联电容器是晶闸管控制的，那么它就可以根据需要来变化。因此，可使用 这种串联电容来迅速阻尼任何次数的同步谐振，以及任何可能的功率潮流的低频振荡。这种调整 作用将使输电系统从一种稳定状态过渡到另一个稳定状态，但它不会对发电机轴产生损害，也有 助于降低系统崩溃的危险。换句话说，晶闸管控制的串联电容器能够大大提高电网的稳定性。但 在实际应用中，串联补偿的控制开关一般是混合方式，即部分串联补偿由机械开关控制，而另外 部分由晶闸管控制，尽管存在这样的问题，但这种运行方式仍可作为最低成本估算的一种依据。 如果在同一网孔的AB线路中增加7 的可控串联电感性，如图1-3c 所示，运用上述相似的分 析方法，也可得到同样的分析结果。此外，部分机械开关控制和部分晶闸管控制的可控串联电感， 能够用来调节稳态潮流，同时也可阻尼不希望出现的振荡。 若在3条线路中的任一条线路上安装晶闸管控制的相位角调节器来替代串联电感，也能得到 同样的效果。例如，对如图1-3d 中第3条线路采用相位角调节器进行控制，就能使该条线路的相 位差由原来的8.5减小到4.2。同样，由机械开关和晶闸管控制组合的相位调节器也可以降低成本。 若在其中一条线路中增加一个可变电压，也会得到相似的控制结果。 在进行功率潮流平衡时，上面所分析的各种情况只需一个FACTS 控制器就行了。因为在实际 情况下，不同线路的控制可选择不同的控制器。从综合效益来讲，如果电网只有一个业主，那么 只需考虑电网的整体经济效益就可做出决定；反之，如果电网涉及到多个业主，那么就有必要根 据投资多少和所有权等因素制定一个决策机制。 1.5 限制负荷容量的因素 如果不存在所有权的争议问题，为最大限度地利用输电资源，那么在考虑故障的前提下，如 何使负荷容量达到最大？什么会限制负荷容量？怎样解决？这些都是在FACTS 技术应用中应考虑 的问题，本节将围绕这些问题进行简单的阐述。 一般来讲，限制负荷的容量一般应考虑以下3个方面的因素：热容量、电介质和稳定性。 1 热量 架空线的热容量与周围环境温度、风力、导线的电导率和地面清洁状况等有关。周围环境以 及负荷历史等一两个因素的改变，都会使热容量发生变化。之所以考虑负荷历史，主要是因为它 会对线路老化产生重要的影响。线路负荷的额定等级通常是根据比较保守的计算方法来确定的， 它以最恶劣的周围环境所得到的统计数据作为基础。这种最恶劣的情况一般不可能出现，也就是 说，它并不表明这种最坏的环境是真实的，更多的情况是真实容量比这种假设的值大得多。对于 一些用户，还规定了冬季和夏季的额定等级，但仍然留有相当大的裕量。根据获得的周围环境参 数和近期负荷记录，可用计算机程序离线计算线路的负荷容量，然后通过在线监视设备，为在线 实时负荷容量的计算提供分析依据。这些方法的发展已经历了很多年，而在现代自动控制系统的 环境下，已使得电力系统的数据传输发生了根本性的变革。特别是GPS（全球定位系统）和价格 低廉的高度发展的通讯服务，使电力系统的负荷数据和有关的信息资料能够每日、每时，甚至是 实时得到，并能进行合理的分析。另一种极端情况是，周围的环境条件实际上可能比假设的条件 更坏，这时就要有一种方法来确定实际的线路额定值，而不能采用给定值，否则系统将会出现意 想不到的结果。因此，确定线路实际的额定值对线路热容量的计算是非常重要的。 在计划和设计阶段，已假设了各种可能的变化因素。在此基础上，线路正常负荷的额定值通 常是根据各种损耗的估算值来确定的，当在实时评价额外负荷容量时，应该考虑额外功率损耗。 在考虑增加输电线路的额定容量时，同时还应考虑变压器和其它设备的瞬时额定功率，其中 有些可以在线调节，以增加负荷容量。变压器的实时负荷容量同样也与周围环境温度、变压器老 化和近期负荷变化历史有关。离线和在线负荷容量监测器可以获得变压器的实时负荷容量。当然， 变压器也可通过自身散热条件的改善来提高负荷能力。 增加线路的输送容量也可以通过提高线路的电流等级来实现，但它要涉及到结构等级的提高。 另一种提高输送容量的方法是将单回线改成双回线。在完成了大电流容量的线路结构改造后，接 9 着就要解决如何使用的问题。首先面对的问题是：额外的功率潮流实际上是如何流动的？应该怎 样控制它？当负荷突然切除时，电压条件是否能接受？当然，还会遇到其它一些问题。FACTS 技 术有助于有效地使用这一新获得的容量，并解决相应的问题。 2 电介质 从绝缘的角度来看，许多线路的设计也是非常保守的。对于给定的额定标称电压而言，在实 际运行时经常可能提高10%左右。如对于 500kV的系统，实际系统可工作在 550kV，即工作范围 为500 kV550 kV，甚至更高。问题的关键是要能确保动态和瞬态过电压在允许的范围之内。一 般在变电站都装设有现代无间隙避雷器，或内设无间隙避雷器的线路绝缘体，也有的配备大功率 晶闸管控制的过电压抑制器等，这些都能显著增加线路容量，并防止电（站）的电压冲击。 FACTS技术可以确保将过电压控制在可接受的范围内，并得到合适的潮流分布。 3 稳定性 传输容量也会影响到系统的稳定性，电力系统的稳定性主要包括：暂态稳定性、动态稳定性、 稳态稳定性、频率崩溃、电压崩溃和次同步谐振。 关于电力系统的稳定性研究，已经有很长的历史了，也有很多优秀的书籍和论文对稳定性问 题进行了详细分析和阐述，故本书仅对该问题做一个简单的描述，重点主要集中在解释FACTS 控 制器的工作。对于FACTS技术来讲，由于它可以被用来克服任何稳定性的限制，因此真正的限制 只有热容量和电介质。 1.6 输电网络互连的潮流和动态稳定 图1-4 输电线路的交流功率潮流控制 a) 简单的两机系统b) 垂直于驱动电压的电流潮流 c) 有功和无功潮流相量图 d) 不同值的功率相位角曲线e) 调节 电压幅值主要改变无功功率f) 垂直于线电流的注入电压主要改变有功功率 g)注入电压相量与线路串联(注意相量 是根据图中它们的幅值大小来定义的) 图1-4a所示为一个简单的电力输电系统，图中的位置1和2 可以是连接到同一输电线路上的任 何两个相邻的变电站。变电站中可以有负荷和发电机，也可以是系统互连的节点。为简单起见， 10 假设这两个节点为刚性母线，母线电压幅值分别为E 1和E 2，两电压之间的相位差为。假设线路 分布阻抗为纯电感，其值为X，线路的电阻和电容可忽略不计。 在图1-4c 的相量图中，线路压降是线路两端电压U 1和U 2的相量差U L，对应的线电流幅值可 用下式所示： ，相位滞后 90xULIL 对于典型的线路来讲，相位角、对应的端点电压或者线路压降等都是非常重要的参数，相 对于端点电压来讲，这个压降应该是很小的，且相位角 也应该是很小的。假定某一输电线路在 满负荷时每10km的电压降为 1%，并假定该线路两个刚性母线之间的距离为200km，则该线路在 满负荷时的线路电压降就可能达到20%。若再假定U 1和U 2相等，且X的标幺值为0.2，则相位角 仅为0.2rad 或11.5 。 通过控制U L、 X或 ，可以控制线路的电流。为了对该条线路的电流进行有效的控制，线路 上的串联设备没有必要取太大的功率额定值。例如，一条500kV(相对地的电压约为300 kV) 、 2000A的三相交流输电系统的输送容量约为 1800MVA，若该条线路的长度为 200km，则线路压降 约为60kV。如串联补偿可起到 25%的效果，则每相串联补偿装置的设计容量为 0.2560 kV2000 A=30 MVA，对三相而言就是90MVA，这个数字仅仅是线路总输送容量1800MVA的5% 。而且， 即使是在满负荷下，串联设备上所承受的电压也只有15kV。当然，高压输电线路的对地绝缘会 有很高的要求，但它对成本的增加不会产生很大影响。值得注意的是，任何串联补偿装置都必须 考虑故障条件下的导通容量问题，其理论设计值应该保证在100%以上的过负荷条件下仍能正常 工作。 上面这个非常简单的例子所表达的设计思路，仅仅是串联FACTS 控制器额定值选择的一个方 面，它可能只是线路额定输送容量设计值的很小一部分。 图14b为线路电流滞后补偿电压相量90 0的相量图。如果两个母线电压之间的相位差很小，则 线路的电流主要表现为有功功率分量。线路阻抗的增加或减少对有功潮流会有很大影响。实际上， 对阻抗的控制也就是对线路电流的控制，它是控制潮流最有效的方法。通过适当的控制回路，有 利于增强潮流和相位角控制的稳定性。 图1-4c与图 1-4b相同，它们表示以线路两端电压为基准的有功和无功电流关系的相量图。通 过相量图可知，各变量之间的关系可分别表示为 U1处有功电流为 XUIpsin21 U1处无功电流为 qco 因此，U 1处有功功率为 Psi21 U1处无功功率为 （1.1）XUQc1 同样，U 2处有功电流为 Ipsin12 U2处无功电流为： qco E2处有功功率为 XUPsi12 U2处无功功率为 （1.2）Qc 11 由于P 1 和 P2 相同，因此有 （1.3）XUPsin21 由于已假设线路中没有有功功率损耗，因此，在不同X下 ， 将有不同的P 、 Ql和Q 2值，分别 对应式(1.1)、式 (1.2)和式(1.3)。 假定U 1和U 2表示系统两个等效发电机的内电压幅值，阻抗 X也包含了两个等效发电机的内阻 抗，则图1-4d表示有功功率随 的变化曲线。显然，当相位角由0增加到90 0时，有功功率即达到 了正弦半波的最大值。随着相角 的进一步增大，有功功率便随之下降，直到=18 00时，有功功 率便又降为零。不难看出，如果没有对参数U l、 U2、 U1U2、 X和 的高速控制，输电线路的功角 （即传输角）就只能在远低于90的范围内使用。当然，为保证系统运行不会因为系统最大发电 机组或者线路故障而导致系统崩溃，维持足够的稳定裕量是非常必要的。 增加或减少X的数值会改变有功功率曲线的峰值，图1-4d给出了不同X 下的3条曲线。在输送 功率给定的前提下，改变X也会相应地改变送端和受端电压之间的相位差。 通过调节电压相量U 1或电压相量 U2的幅值，也可以控制功率或电流的潮流。然而，从图 1-4e 可以看出，改变U 1的幅值，对线路电压降相量 U1 -U2的改变不大，但它对相位角的变化会产生明 显影响。该相量图表明，当对电压相量U 1或U 2的幅值进行调节时，它对无功功率的影响比对有功 功率的影响要大得多，从图1-4e中对应电压相量U 1U2的两个电流相量可看出有关变化。 线路电流或对应的功率也可以通过串联方式在线路中注入一个电压来改变。如图1-4f所示， 当注入的电压与电流相量正交时，会直接影响电流潮流的大小；而功角的微小变化，则会显著 影响有功功率的潮流。由该图可以看出，这个注入电压相量与线路压降的相量差不多为同相。换 句话说，串联注入电压相量的幅值可根据需要来改变，但它的相位角应与线电压相关。在图1-4 中，改变串联注入电压的幅值和相位角对线路传输的有功和无功电流都会有影响。电压的串联注 入方法实际上就是FACTS控制器最重要的内容，在后面的有关章节中将会进行详细的讨论。 1.7 有关参数控制的说明 鉴于前面讨论的内容和图1-4的原理说明，并从电力系统潮流控制可能性的基本观点出发， 以下几点应该引起特别注意： 1)线路阻抗X的控制 当对线路阻抗进行控制时，可有效控制线路电流，如使用晶闸管控制的串 联电容器就可实现电流控制。 2)当传输角 （或功角）较小时，对线路阻抗X或传输角的控制可有效实现对有功功率的控制。 3)传输角的控制 传输角的改变能显著控制端点电压，如使用相角调节器就可达到此目的。特别 是当传输角在较小的范围内变化时，可有效控制电流，或是控制由此产生的有功功率潮流。 4)在输电线中以串联方式注入一个电压源，并假定它的相量垂直于线路电流，则对这个注入电压 的控制可使线路电流幅值增大或减小。由于线路电流滞后注入电压相量90度，因此这个串联注入 的无功补偿电压可有效控制线路电流，因而也能改变有功功率的潮流，当传输角较小时尤其如此。 例如，使用静止同步串联补偿就可实现此目的。 5)调节注入电压的幅值和它与端点电压之间的相位，可控制线路电流的大小和相位。这种调节方 式实质上就是改变这个注入电压幅值和相位，因而能有效地精确控制线路上的有功和无功功率。 当然，这个串联的注入电压要在一定程度上能够提高有功和无功功率。 6)由于线路阻抗上的压降通常只占线路电压的很小部分，因此，串联控制器的容量通常也只需设 计为占线路输送容量很小的一个百分数。 7)在传输角较小时，每条线路都用一个控制器来控制线路电压的幅值是很昂贵的（如采用晶闸管 控制的电压调节器） ，在这种情况下，通常可通过线路的互连来控制无功功率。这种方法能有效 降低成本，因而具有很好的经济性。 8)将串联控制器与并联连接的电压调节器结合起来，可构成另一种形式的阻抗控制器，它能有效 控制两个系统间的有功和无功功率，且这种方式也是比较经济的。 12 1.8 FACTS控制器的基本类型 一般来说，FACTS控制器可分为4种类型：串联型控制器、并联型控制器、串串组合型控制 器和串并组合型控制器。 FACTS控制器的一般图形符号如图1-5a所示，图中内嵌晶闸管的方框可表示任何形式的 FACTS控制器。 图1-5 FACTS控制器的基本类型 a) FACTS 控制器的一般图形符号 b)串联控制器 c)并联控制器 d)统一串联控制器 e) 协调串并联控制器 f)统一 串并联控制器 g) 统一多线控制器 h)储能串联型控制器 i)储能并联型控制器 j) 储能统一串并联型控制器 1.串联型控制器 图1-5b中，串联型控制器相当于一个可变阻抗，它可以是电容器、电抗器等，也可以是一个 由电力电子器件组成的可变阻抗，但它应在主频、次同步和谐波频率（或它们的组合）变化时能 够满足所希望的要求。原则上来讲，所有的串联型控制器都是以注入串联电压的形式接入线路的， 即便是当数倍电流流过该可变阻抗时，它仍然可用串联电压来表征。只要该串联电压与流过它的 线路电流正交，那么串联控制器就只能提供或吸收可变的无功功率而在其它任何相位关系时，则 此串联电压都会涉及到有功功率的交换。 2.并联型控制器 与图1-5b的串联型控制器一样，图 1-5c所示的并联型控制器可以是可变阻抗，也可以是可变 电源，或者是它们的组合。从原理上讲，所有的并联型控制器都是在并联连接点处给系统注入一 个电流。与串联型控制器的定义相似，这个可变并联阻抗的变化会引起系统电流的变化，此时可 认为该控制器给系统注入了电流。同样，只要该注入电流与线路电压之间的相位差为90，那么 并联控制器只能提供或吸收可变无功功率，而任何其它的相位关系也会涉及有功功率的交换。 3.串串组合型控制器 如图1-5d所示，这类控制器可以是各自独立的串联控制器的组合。在多条线路的输电系统中， 这些独立的控制器之间可相互协调工作。另外，这种控制器也可以是一个统一控制器。由图1-5d 可见，在此类控制器中，串联控制器能独立地对各自所在线路进行串联无功补偿控制，但也可通 过直流线路与交流系统交换有功功率，线间潮流控制器（IPFC ）就属于这类控制器。统一串串型 控制器转换的有功功率能使线路中的有功潮流和无功潮流得到平衡，并能最大限度地利用输电系 统。应该注意“统一”这个词的含义，它表示所有变流器的直流侧都是相互连接的，这样才能够 实现有功功率的相互传递。 13 4.串并组合型控制器 这类控制器可以是单个并联和串联控制器的组合，其结构如图1-5e和图1-5f 所示，与图1-5e 的控制方式相同，这些独立的控制器之间能够相互协调工作。这种组合型控制器是串联和并联电 路结构组合起来的统一控制器，即统一潮流控制器（UPFC） 。原则上讲，组合的并联和串联控制 器一般是用并联部分给系统注入电流，用串联部分在线路上注入一个电压。值得注意的是，当并 联和串联控制器在统一协调工作时，连接串、并联控制器的直流电路一般都会涉及到有功功率的 交换。 不同类型的控制器具有不同的特点。串联型控制器对工作电压、电流和功率都具有直接的影 响，这是串联型控制的一个重要特点。如果将这种控制器用来控制系统的电流和功率，同时用来 抑制系统振荡，在保持线路输送容量不变的前提下，串联型控制器的容量要比并联型控制器的容 量高好几倍。 正像前面所提到的一样，并联型控制器相当于一个电流源，它是给线路注入电流，或者从线 路吸收电流。因此，可单独用并联型控制器在并联连接点或在其周围的线路上提供超前或滞后的 无功电流，也可以结合其它有功和无功电流控制方式，对电压进行更为有效的控制，并起到阻尼 电压振荡的作用。 当然，这并不是说串联型控制器不能将线路电压维持在规定的范围之内，毕竟电压的波动主 要还是由于线路、变压器和发电机串联阻抗上的电压降所造成的。因此，增加或减少FACTS 控制 器上的串联电压是改善电压质量的最经济的有效方法。无论是在主要工作频率、次同步或谐波电 压作用下，还是在它们的组合频率共同作用下，这种串联型控制器都应能发挥作用。尽管如此， 并联型控制器在维持变电站母线电压质量方面是非常有效的。并联控制器的一个重要优点就是， 它只是针对母线上的节点，尽管在这个节点上可能有很多条线路与此相连，但它也不会对母线电 压的控制造成负面的影响。 当有多条线路连接到变电站时，可能需要对每条线路都要求有串联控制器，特别是在某条线 路出现故障的情况下尤其如此。当然，这也不一定是必需的，因为这样做会造成经济上的很大负 担。提出这个问题并不是说一定要选择并联型控制器，或者说是选择并联型控制器的决定性理由， 因为串联型控制器所能控制的输电容量毕竟比并联型控制器所能控制的输电容量要小些，但并联 型控制器无论在何种情况下，都不能控制整条线路的潮流。 另外，串联型控制器必须设计成能够承受意外故障电流和动态过负荷电流，并且能够通过或 旁路掉短路电流。当故障电流过大时，可用金属氧化物避雷器来提供相应的保护，也可以由固态 装置提供临时的旁路通道使串联型控制器得到保护，但它们的额定设计值必须能满足动态和意外 故障过电流的要求。 根据以上讨论，从中不难理解到，若能有效地将串联型和并联型控制器组合在一起，就像图 1-5e和1-5f 的控制结构那样，则两者的优点都能得以体现，这样的综合控制器就是一个集功率、 电流和线路电压控制于一体的有效控制器。对于这种串并组合控制器，并联控制部分可以与各线 路控制器一起协调工作，具体结构如图 1-5g所示。这种带有统一协调功能的组合式控制方式还 能得到一些附加效益，如对无功潮流的控制。 FACTS控制器可以由不具备自关断能力的晶闸管来实现，也可以由具备自关断能力的全控型 功率器件来实现。在后续章节中将会提到，一般意义上的FACTS 控制器结构均包括由直流电转变 成交流电的变流器，这个变流器能够实现与交流系统有功及无功功率的交换。当这种交换仅限于 无功功率时，直流侧只需提供很小一点存储容量就可以了。但当这个变流器输出的交流电压或电 流需要与相应的线电流或电压分别相差90 0时，为了能保证变流器的正常工作，变流器的直流侧 储能将会增大，此时它相当于无功电源。要实现这一功能，变流器的储能大小的设计标准是：在 保证输出所需的电压或电流的前提下，能够支撑交流工作周期的十分之几的时间，具体的时间长 短与变流器的结构有关。此外，一些其它的储能装置，如电池、超导储能设备或其它任何储能电 14 源，均可通过电力电子器件的接口方式，提供或补充变流器的直流储能。值得一提的是，任何以 变流器为基础的串联型、并联型或串并组合型控制器一般都具有电储能的部分，如电容器、电池 和超导储能设备等，就像图1-5h、i、j 三个所示的结构那样，它们都能给FACTS技术带来了更为 广阔的发展空间。 对控制器来讲，附加的储能系统（如大容量的直流电容器、蓄电池或超导储能设备等）会带 来一些重要的效益。如在电力系统的动态控制中，有储能的控制器的控制效果要比没有储能的控 制器的控制效果要好许多。要得到这样的效果，带储能环节的控制器能够动态提升控制系统中有 功功率的输送容量；而在没有储能环节的控制系统中，它只能影响系统内的有功功率的转换。当 然，带储能环节的控制器还需要进一步完善或进一步发展，如在系统受到短时冲击时，怎样充分 利用储能控制器的作用保证传递或吸收大量的有功功率，这是电气工程师们应该重新认真考虑的 问题。 基于变流器的原理所形成的控制器也可以设计成一种所谓的高密度脉冲发生器，或者是脉宽 调制器，它能够将低次谐波分量的幅值减少到很低的水平。事实上，这种变流器也可以被设计成 能够用来矫正交流输出波形的有源滤波器，也可以根据负荷不平衡的状况进行平衡控制，包括相 与相之间的能量转换。如果变流器的控制设计得当，它可以同时完成以上所有的功能。 以上阐述了控制器的许多优点和特征，总的来讲，要解决实际问题，就需要在规划的前期客 观、认真地评价并联型、串联型和组合型控制器之间，以及带储能与没有储能控制器之间各自的 优缺点，这样才能得到科学的控制方案。 1.9 FACTS控制器的定义和功能简介 1.9.1 FACTS控制器的功能简介 本节将简要介绍和定义各种并联型、串联型和组合型控制器，至于每一部分的详细内容，则 将在后面各有关章节中进行专门讨论。 在介绍各类FACTS控制器之前，首先值得一提的是，对于以变流器为基础的控制器来说，其 变流器的结构主要有两类，即电压型变流器和电流型变流器，它们所用的功率器件一般都是门极 可关断的开关器件。如图1-6a左边所示为电压型变流器，其图形符号由内嵌门极关断器件与一个 反并联二极管的方框表示，而直流电容器作为控制器的等效电压源；图1-6a的右边为电流源型变 流器，方框内则是由门极关断器件与二极管的串联结构组成，图中的直流电抗器作为控制器的等 效电流源。 15 图1-6 并联连接的控制器 a)基于电压型和电流型变流器的静止同步补偿器 (STATCOM) b) 带有储能（如电池储能系统BESS、超导磁能 存储器（SMES) 和大直流电容）的 STATCOM c) 静止无功补偿器 (SVC), 静止无功发生器(SVG), 静止无功系统 (SVS)，晶闸管控制的电抗器(TCR), 晶闸管投切电容器(TSC)和晶闸管投切电抗器 (TSR) d)晶闸管控制的制动电 阻器（TCBR） 本书的第3章将详细讨论各种大功率电压型变流器的应用，第4章则讨论电流型变流器的应用。 从目前的应用来看，电压型变流器的直流侧都是与单极性的直流电容并联，构成变流器的电力电 子开关器件在有序控制作用下，使得该直流电容上的直流电压对交流侧而言呈现出交流电压源的 作用。只要选择合适的变流