淺談柔性交流輸電技術(shù)

呂建鑫

摘 要：柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）是一種靈活且可控的新技術(shù)，可提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳輸容量。本文簡(jiǎn)要介紹了柔性交流輸電技術(shù)的產(chǎn)生背景及其基本概念，概述了四種常見(jiàn)的FACTS裝置及其對(duì)電力系統(tǒng)的作用。

關(guān)鍵詞：柔性交流輸電系統(tǒng)；晶閘管控制串聯(lián)電容器；靜止無(wú)功補(bǔ)償器；靜止無(wú)功發(fā)生器；統(tǒng)一潮流控制器

現(xiàn)代電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生了巨大地變化，變得越來(lái)越復(fù)雜，其特征主要為：大機(jī)組、超高壓、遠(yuǎn)距離、跨區(qū)互聯(lián)等。對(duì)于如此復(fù)雜的電力系統(tǒng)，傳統(tǒng)的機(jī)械裝置的控制效果較差，原因在于其響應(yīng)速度太慢。然而，柔性交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC Transmission System，英文縮寫(xiě)為：FACTS）是以電力電子技術(shù)為核心的裝置，具有很好的靈活性，可以提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 FACTS產(chǎn)生背景

在1986年，EPRI專(zhuān)家N.G. Hingorani第一次提出了FACTS技術(shù)。FACTS技術(shù)是指安裝了電力電子型控制器的輸電系統(tǒng)，F(xiàn)ACTS控制器中應(yīng)用了大功率電力電子技術(shù)，快速調(diào)節(jié)了交流輸電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)（如電壓、相角、阻抗等）。FACTS的出現(xiàn)，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的標(biāo)志，也是電力系統(tǒng)最重大的技術(shù)變革之一。

FACTS技術(shù)已經(jīng)逐漸被大家所熟知，其產(chǎn)生背景可以概述如下：

（1）由于傳統(tǒng)的交流電力系統(tǒng)的可控性較差；

（2）在保證電力系統(tǒng)安全可靠的同時(shí)，可以提高輸電能力；

（3）由于資金短缺、環(huán)境限制等原因，建設(shè)新的輸電線路日益困難；

（4）由于高壓直流輸電的快速發(fā)展促使FACTS技術(shù)產(chǎn)生。

2 FACTS的基本概念

FACTS技術(shù)是可以靈活地控制輸電系統(tǒng)的一項(xiàng)新的技術(shù)，其中包含了幾種技術(shù)，有：電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)等。

FACTS概念從提出直至現(xiàn)在，一直受到廣泛地關(guān)注。早在1997年，IEEE工作組就公布了FACTS的定義，F(xiàn)ACTS定義為：它是一種裝有電力電子型或其他靜止型控制器交流輸電系統(tǒng)，其可以加強(qiáng)控制器的可控性，并且可以增強(qiáng)功率傳輸能力[ 1 ]。

FACTS裝置可以給電力系統(tǒng)帶來(lái)如下好處：

（1）可以按照需要調(diào)整系統(tǒng)的潮流；

（2）可避免新建輸電線路；

（3）能提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，包括：電壓穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性、靜態(tài)穩(wěn)定性；

3 FACTS裝置分類(lèi)

根據(jù)聯(lián)接的方式，F(xiàn)ACTS裝置可以分為三大類(lèi)，即串聯(lián)型、并聯(lián)型以及混聯(lián)型，其分類(lèi)見(jiàn)表1。下面詳細(xì)介紹幾種常見(jiàn)的FACTS裝置。

3.1 晶閘管控制串聯(lián)電容器（TCSC）

晶閘管控制串聯(lián)電容器（Thyristor Controlled Series Capacitor，英文簡(jiǎn)稱(chēng)為：TCSC）是第一代串聯(lián)型的FACTS裝置。TCSC利用晶閘管控制電容器，其功能為：能在較大范圍內(nèi)連續(xù)且平滑地調(diào)節(jié)線路的阻抗，以此來(lái)達(dá)到對(duì)線路的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。對(duì)比于機(jī)械控制的電容補(bǔ)償器，TCSC可以改善電壓水平，有效地降低網(wǎng)損，抑制低頻振蕩，改善電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性能。由于TCSC的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有較高的性能價(jià)格比。因此，它是目前實(shí)際應(yīng)用最多，前景最看好的一種串聯(lián)型FACTS裝置。

3.2 靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）

靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（Static Var Compenssator，英文簡(jiǎn)稱(chēng)為：SVC）被認(rèn)定為現(xiàn)代電力系統(tǒng)中一種重要的并聯(lián)型FACTS裝置之一，它可以從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，也可以向電網(wǎng)輸送無(wú)功功率，可以控制其裝設(shè)地點(diǎn)的電壓；同時(shí)在調(diào)節(jié)過(guò)程中，其輸出阻抗可以不斷地變化，還可以改善功角穩(wěn)定性。SVC的類(lèi)型主要有：晶閘管控制電抗器（TCR）型、晶閘管投切電容器（TSC）型、晶閘管投切電抗器（TSR）型、晶閘管控制高阻抗變壓器（TCT）型、自飽和電抗器（SR）型等[ 2 ]。其中，TCR型SVC是應(yīng)用最廣泛的一種SVC裝置，其優(yōu)勢(shì)為：反應(yīng)時(shí)間快、運(yùn)行可靠。近年來(lái)，由于可控硅器件技術(shù)越來(lái)越完善，使得SVC在電力系統(tǒng)中達(dá)到了廣泛應(yīng)用。

3.3 靜止無(wú)功發(fā)生器（STATCOM）

靜止同步補(bǔ)償器（Static Synchronous Compensator，英文簡(jiǎn)稱(chēng)為：STATCOM）是一種比SVC更先進(jìn)的并聯(lián)型靜止無(wú)功調(diào)節(jié)裝置，它可以吸收感性無(wú)功，也可以發(fā)出感性無(wú)功。

與SVC相比，STATCOM具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（a）應(yīng)用數(shù)字控制技術(shù)，提高了控制的實(shí)時(shí)性和可靠性；

（b）控制靈活性好，調(diào)節(jié)范圍廣，響應(yīng)速度快；

（c）噪聲小，損耗小，使得裝置的壽命得以提高；

（d）連接電抗較小，電容容量比較小。

目前，我國(guó)南方電網(wǎng)已經(jīng)有STATCOM的實(shí)際應(yīng)用案例，該STATCOM基于電壓源逆變器，其容量為±200 Mvar[ 3 ]。

3.4 統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）

1991年，L.Gyugyi等人提出了統(tǒng)一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，英文簡(jiǎn)稱(chēng)：UPFC）的概念，它是第三代FACTS裝置。UPFC是一種混聯(lián)型FACTS裝置，由SSSC和STATCOM兩種裝置組成。由于UPFC的功能強(qiáng)大，因此它被認(rèn)定為最有創(chuàng)造性的FACTS裝置。UPFC是一種可控型裝置，其不改變裝置結(jié)構(gòu)，僅改變控制規(guī)律，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本參數(shù)，從而對(duì)系統(tǒng)的潮流進(jìn)行控制[ 4 ]。

對(duì)比以上三種裝置，UPFC幾乎可以處理全部的潮流控制。UPFC通過(guò)對(duì)串聯(lián)電壓和并聯(lián)電流的控制，來(lái)快速調(diào)整線路的有功功率，維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩。

4 總結(jié)

柔性交流輸電技術(shù)給電力系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，并且可以提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳輸容量。在本文中，首先，簡(jiǎn)要介紹了柔性交流輸電技術(shù)的產(chǎn)生背景；其次，介紹了FACTS的基本概念；最后，分別簡(jiǎn)述了TCSC、SVC、STATCOM、UPFC這四種常見(jiàn)的FACTS裝置及其對(duì)電力系統(tǒng)的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝小榮，姜齊榮.柔性交流輸電系統(tǒng)的原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2] 李春華，黃偉雄，袁志昌，等.南方電網(wǎng)±200 Mvar鏈?zhǔn)絊TATCOM系統(tǒng)控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（3）：116-121.

[3] 劉思，徐永海，王金浩，等.靜止無(wú)功補(bǔ)償器容量確定及補(bǔ)償性能改善方法研究[J].電測(cè)與儀表，2013，50（9）：1-5.

[4] 馬凡.統(tǒng)一潮流控制器動(dòng)態(tài)特性及相關(guān)控制策略研究[D].華中科技大學(xué)，2007.