柔性交流輸電技術在電網中的應用探討

趙曉斌

柔性交流輸電技術（FACTS）在電網系統中的深入研究和應用，有效改善了電網的運行工況和供電質量，在很大程度上大力推進了智能電網的建設發展。

【關鍵詞】電網 FACTS柔性交流輸電技術 控制器

柔性交流輸電技術就是采用電力電子設備裝置，對電力系統中的電壓、電流等特征分量按需進行動態控制，以提高輸配電系統電能調控分配的可靠性、在控性和運行工況性能。通過合理的電力電子設備裝置控制，有效提高輸配電系統的電能輸送控制質量水平，并獲取大量節電效益。FACTS設備裝置同電力系統進行合理并聯，可以實現對系統電壓和無功功率進行動態調控；FACTS設備裝置同電力系統進行合理串聯，則可以實現對系統電流和潮流進行控制。

1 FACTS技術在智能電網中應用研究的重要性

新電力市場環境中，客戶除了對供電電能功率、容量提出新的要求外，對電能質量、可靠性、經濟性等均提出更高的要求。系統中越來越多的自由潮流不僅會給電網調度增加更大的壓力，同時其還會引起電網損耗的不斷增多。功率倒流、功率繞送、長距離輸電等，均會引起電網電壓發生波動，直接影響到電網運行的安全穩定性；系統環流的頻繁發生，引起電網三相不平衡率增大，引起電網波動和線損增加。因此，在輸變電網絡中合理運用以FACTS調控裝置為核心的柔性交流輸電技術，通過控制裝置對電網運行工況狀態的動態分析，及時進行補償和調控保護，對系統多變運行工況和復雜潮流進行智能化、靈活化調控保護，以實現對電能資源的全面優化配置和合理調節，確保輸變電系統安全可靠、靈活穩定、節能經濟的高效穩定運行。

2 柔性交流輸電技術在電網中的應用

2.1 SVC靜止無功補償調控裝置

SVC是輸變電系統中廣泛采用的電壓調控和無功功率補償及吸收的FACTS控制器[3]。SVC裝置按照其控制電力電子元器件的不同，電網中應用主要分為TCR晶閘管控制容性無功補償電抗器、TSR晶閘管投切容性無功補償電抗器、TSC晶閘管投切感性無功補償電容器等。輸變電系統為了實現無功功率的連續動態可靠調控，通常將容性無功補償電抗器和感性無功補償電容器兩者結合起來運用，工程中采用的組合方式為：TCR+TSC +FC（固定電容器）、TCR+TSC、TCR+FC。通過在電網系統中合理位置設置容量適當的SVC無功補償調控裝置，可以有助于控制分布式負荷與電網系統間無功交換，有效增強電網系統運行的安全穩定性，降低線損。

2.2 SVG靜止無功發生裝置

SVG調控裝置經內部自換相的半導體橋式交流器合理切換來完成無功功率的發生和吸收控制，實現對電網系統無功功率的按需動態補償。SVG無功發生裝置，其內部主要包括交流環節和直流環節兩個功能單元，交流環節功能單元與系統補償相相連接。SVG裝置通過對電網系統實時運行工況狀態的動態檢測，并結合內部電路的轉換，完成對電網系統無功功率的平滑可控動態調控。

2.3 UPFC統一潮流控制裝置

按照變化器的接線方式的不同，UPFC統一潮流控制器主要由并聯變化器和串聯變化器兩個功能單元組成，其中并聯變換器可以看成是SVG靜止無功發生補償裝置，而串聯變化器則可以看成是SSSC靜止同步串聯無功補償器。兩個變換器其直流端均與同一組電容器互聯，進而形成“背靠背”的連接結構，這樣兩個變換器其交流端可以看成是理想的“交-交變換器”，這樣系統有功功率就可以在兩個變換器間進行雙向流通，即可實現在交流端吸收和發出有功功率，完成對電網系統的實時調節控制。UPFC統一潮流控制裝置，其并聯和串聯直流部分均可以獨立產生或吸收無功功率，通過并聯變化器和串聯變化器間的無功功率差值，可以實現對電網系統接入點的動態無功補償。UPFC統一潮流控制裝置，通過2個變化器耦合接入到電網系統中，主要應用在220kV及以上電壓等級的電網系統中，進行動態的電網運行工況調節控制。

2.4 APF有源電力濾波器

利用電力電子PWM全控調整脈沖占空，提供與電網系統補償相應的大小相等、極性相反的電流或電壓分量，以達到抑制電網系統中負載在運行過程中產生的有害電流或電壓分量，避免高次諧波等分量進入電網系統中污染電網，達到綜合主動補償目的。有源濾波可以根據電路結構和電力電子控制技術，按照電網運行特性實現高次諧波補償、基波正序無功補償、三相不平衡補償、長距離線路電壓差補償等功能，且可以根據工程實踐應用需求采取上述多種補償組合方式。利用電阻、電感、電容等電力電子元器件與有源濾波器并聯，有效抑制高次諧波分量，并補償負載端的無功功率分量，改善電網供電電能質量，提高供電公司供電服務水平。

2.5 PQC（PQM）電壓質量調整（制）器

對于一些精密加工企業或質量標準較高的高新產品，其在生產制造過程中對電能質量和供電安全可靠性要求非常高。通過PQC（PQM）電壓質量調整（制）器的合理使用，可以根據配電網運行工況快速補償電壓中突變（突降、突升）、閃變等問題，同時可以經內部分析運算自動調節供電系統中存在的三相不平衡、故障時短期電壓中斷等問題。目前，工程中常用的是以IGBT絕緣柵雙極型晶體管為核心的PWM換流器，串并聯接入電網系統中，具有雙向補償的功能，防止正常負荷波動和非正常負荷的干擾影響。

3 結束語

隨著電網系統中柔性交流輸電技術FACTS應用的不斷深入和優化，為現代大量分布式新能源接入電網引起的潮流變化和電能損耗問題而發生的波動的解決，提供了重要方法和技術手段，確保電網安全可靠、節能經濟的穩定運行。在工程實踐應用中，合理采取積極有效的FACTS柔性交流輸電技術和設備裝置，可以大大改善電網系統的供電和用電質量水平，在智能電網中發揮非常良好的應用效果。

參考文獻

[1]周承啟，郭捷.智能電網中面向服務的智能柔性交流輸電系統[J].廣東電力，2010（04）：21-24.

[2]姚堯，邱昊，陳柏超等.一種新型統一潮流控制器[J].電力系統自動化，2008：78-82.

[3]易永亮，黎勇.柔性交流輸電技術（FACTS）概述[J].貴州電力技術，2008：71-72.

作者單位

華北電力大學學院電氣與電子工程學院 北京市 100206endprint