含FACTS裝置的大電網新能源系統的穩定性協調控制綜述

王金星,劉 青

(華北電力大學 電氣與電子工程學院，河北 保定071003)

●綜 述●

含FACTS裝置的大電網新能源系統的穩定性協調控制綜述

王金星,劉 青

(華北電力大學 電氣與電子工程學院，河北 保定071003)

隨著大規模風能、太陽能等新能源發電的迅速增加，能源供需廣域平衡、大容量高效變流器等新技術的相繼涌現，對大電網新能源系統的靈活交流輸電技術(FACTS)提出了新的要求。回顧了大電網新能源系統的發展歷程和儲能、MMC、WAMS等新興技術，以及其需要解決的若干問題。再針對大電網新能源系統穩定性協調控制問題，分別對FACTS、含儲能的FACTS、含新能源接入的FACTS進行分析，提出大電網新能源系統的概念，并歸納了FACTS裝置相關控制的最新研究進展。最后提出以UPFC為代表的FACTS與儲能技術相結合是未來解決大電網新能源系統輸送電能的重要方法，并展望了FACTS接入大電網新能源系統穩定性協調控制未來的研究方向。

UPFC；FACTS；大電網新能源系統；協調控制；綜述

隨著我國用電負荷快速增長，對電網輸送容量和安全的要求越來越高，但受到土地資源、社會因素、環境保護、運營成本等多方面的限制，建設新的輸電走廊越來越困難。因此，充分發掘利用現有電力網絡的輸電能力，通過先進的技術手段解決電網在潮流控制、運行穩定性、電能質量等方面問題，對于電力工業而言，變得日益迫切并更具有吸引力[1-2]。以UPFC、STATCOM、SSSC、SVC等為代表的柔性交流輸電技術(Flexible Alternating Current Transmission Systems，FACTS)應運而生，在調整電網潮流、提高輸電線路輸送容量、提高電力系統暫態、穩態和中長期穩定性、阻尼電力系統低頻振蕩以及限制短路電流等方面具有良好效果。

近年來風能、太陽能等新能源發電在國內外規模的快速擴大，發電容量的迅速提高，世界能源供給將實現石油、煤炭、天然氣和新能源的“四分天下”[3]；同時因新能源自身的間歇性、波動性，局部電網對新能源的接納能力有限，導致國內外的“棄風棄光”現象嚴重。大量新能源的浪費對大功率輸電技術的穩定性、靈活性提出了更高的要求，隨著高壓、特高壓柔性交流輸電技術的迅速發展，基于新能源接入的柔性交流輸電已成為了當下的熱門課題。

儲能系統能夠顯著提升電力系統運行的穩定性、靈活性和可靠性，并為大規模新能源的接納并網提供了一個重要的解決方案[4]。隨著近年抽水蓄能、熱能存儲、壓縮空氣、電化學、超導磁等儲能技術研究的進一步深入，電力儲能將在抑制電力系統功率振蕩、“削峰填谷”、應對大規模新能源接納方面發揮著越來越重要的作用。

模塊化多電平換流器(modular multi-level converter，MMC)通過將多個子模塊級聯疊加的方式來實現高電壓、低諧波的輸出，是一種新型的電壓變換方式，在未來電網內的廣泛應用具有廣闊的發展前景[5]。廣域測量系統(Wide Area Measurement System，WAMS)是通過采用同步相角測量單元(Phase Measurement Unit，PMU)，實現全網數據在高精度同步時鐘下的實時、高速、精確采集，為電網的潮流計算、穩定性分析、繼電保護整定等提供數據同步的技術支持[6]。

鑒于此，以UPFC為代表的FACTS裝置接入大電網新能源系統的穩定性協調控制方法值得深入研究。結合儲能、MMC、WAMS等新興技術，分析和總結FACTS裝置穩定性協調控制的最新研究進展，針對大電網新能源系統穩定性協調控制問題，分別對FACTS、含儲能的FACTS、含新能源接入的FACTS進行分析，并提出FACTS與儲能技術相結合是未來解決大電網新能源系統輸送電能問題的重要方法。

1 FACTS裝置對電力系統穩定性的 協調控制及分析

1.1 FACTS裝置的研究背景和最新進展

美國電力科學研究院指出FACTS技術隨著科技的發展也在與時俱進，未來將面臨著更多來自增大輸電容量、維持電網安全穩定、優化系統運行以及環境保護和柔性直流輸電競爭等方面的壓力[7]。FACTS利用先進的電力電子技術徹底改變了交流輸電網的控制和操作方式，擺脫了過去機械、慢速、間斷、不精確的工作方法，現正向智能化、電子化、快速、連續、精準的方向迅速發展。

最近二十余年，眾多性能各異的FACTS裝置(如SVC、TCSC、STATCOM、SSSC、UPFC、SMES、IPFC等)先后被投入美國、歐洲、日本的實際電網中，其分類和代表器件的功能應用如表1所示。21世紀初，在我國已有多臺SVC、STATCOM和TCSC裝置運行于500 kV變電站，并取得了良好的經濟和社會效益。2015年11月，南京220 kV西環網UPFC工程建成并投運，是我國首個擁有自主知識產權、采用MMC技術的UPFC工程。2016年11月，世界上電壓等級最高、容量最大的蘇州南部電網500 kV的UPFC工程在江蘇省蘇州市開工建設，它將是世界上第一次實現500 kV電網潮流的精準、靈活、快速控制，并顯著提高蘇州電網消納新能源的能力。

表1 FACTS裝置的分類和應用Table 1 Classification and application of FACTS devices

FACTS自20世紀80年代中期被提出以來，其概念在不斷的發展，但主要目標仍然是應用大功率、高性能的電力電子器件，實現對輸電線路電壓、阻抗、相角、功率、潮流的綜合全面靈活控制，以達到提高線路輸電容量、提高電網靈活性和穩定性的目標[8]。仿真和FACTS工程應用表明，電力系統在加入FACTS裝置后，系統暫態失穩的風險明顯降低，且同容量的FACTS設備中UPFC的控制效果較好[9]。

1.2 FACTS裝置的研究內容和研究現狀

目前FACTS技術的研究內容主要包括：FACTS設備在電網中的安裝位置、FACTS參數控制方法對電網暫穩態特性的影響、新型控制策略的設計和優化、以及各種FACTS設備間交互影響的協調等。

FACTS裝置可以從系統級和設備級兩個層次來穩定大規模新能源接入系統的電壓波動，為電網提供緊急的無功支撐，并可結合不同FACTS 裝置的投資費用、靈敏度等得到配置FACTS的多目標折衷方案和最佳安裝地點[10-12]。

FACTS交互影響是指在多變量控制系統內的一個操作輸入變量影響若干個測量輸出變量,或者一個輸出變量被一系列輸入變量所影響[13]。交互影響的協調控制通常分為智能控制、線性控制和非線性控制等多種控制方法，基于WAMS、模糊理論、免疫算法及協同進化算法的多目標協調控制方法將是未來我國解決FACTS交互影響的研究的重要方向[14-15]。

FACTS應用于提高線路輸送容量和穩定線路電壓，一直是FACTS技術研究的重心。采用FACTS暫態穩定控制、小擾動穩定控制、阻尼控制等方法，可以有效消除特高壓、大容量、高效率、低損耗電力集中外送的主要限制因素[16]。針對以UPFC為代表的FACTS裝置的非線性特征和不確定性問題，已存在一些非線性最優控制策略和非線性魯棒控制策略的研究[17]。

2 含儲能UPFC對含新能源接入系 統的穩定性協調控制的相關研究

隨著全球能源互聯網、智能電網和特高壓戰略的實施和推進，柔性交直流輸電將向著高電壓、大容量、高效率、低損耗、多目標、多裝置協同控制的方向快速發展，來實現跨網、跨國、遠距離和大規模新能源接入的綜合調節控制[18]。FACTS 的發展將面對重大的機遇和挑戰，機遇源于電網對輸送容量和電壓控制等的廣泛需求，挑戰主要是面臨著大功率電力電子器件開發研究、協調控制的難題，未來將主要集中表現在含儲能的全控型 FACTS功率及能量的優化配置與協調控制方法、面向新能源發電的分布式 FACTS 網絡優化控制策略、基于WAMS的全控型多FACTS協調控制技術等方面。

2.1 含儲能的FACTS裝置對電力系統穩定性控 制研究現狀

風能、太陽能發電自身固有的波動性、隨機性和間歇性問題是新能源進一步發展的瓶頸。通過先進的電力電子技術，利用儲能系統儲存用電低谷時的多余能量，釋放用電高峰時的備用能量，是解決新能源電源功率間歇性、波動性、隨機性問題和提高新能源發電機組利用效率的關鍵。所以，大規模電力系統儲能的研究已是迫在眉睫。

電力儲能技術能夠有效緩解電力系統的功率失衡問題，對系統頻率穩定和電網安全有重要的作用，可以較好地抑制了系統的功率振蕩。抽水蓄能技術是目前唯一一種發展完善且可靠性、經濟性較高的儲能技術，但因其受選址要求和生態環境的影響，其大規模開發受到一定的限制。目前以超導磁儲能(SMES)、蓄電池儲能(BESS)、超級電容器儲能(SCES)為代表的新型儲能技術正在快速發展，工程應用也在不斷增多。

將先進的儲能技術與FACTS技術相結合已有相關的研究，并逐漸以其獨特的優勢引起社會的關注。儲能設備與并聯儲能型FACTS結合能夠較好的抑制發電機的功角擺動、抑制系統低頻振蕩和超低頻振蕩的現象[19-20]，顯著減少切機切負荷、系統連鎖故障的現象，大大地提高了電網的暫穩態控制、輸電能力和主動防御能力[21-23]。

將以電化學、超導磁、飛輪為代表的儲能技術與FACTS相結合的研究，目前主要集中在蓄電池儲能系統(BESS)與STATCOM的組合器件STATCOM/BESS和基于飛輪儲能的柔性功率調節器(FPC)。通過電流解耦控制，STATCOM/BESS能夠完成有功功率和無功功率的獨立調節，使輸電更為柔性化[24]。FPC能夠改變電力網絡的阻尼參數，抑制電力系統的有功功率振蕩，實現儲能裝置與電力網絡功率的動態快速交換，增強電力系統的靈活控制能力和穩定域度[25]。現有的研究成果和過去的工程經驗表明，儲能系統用于抑制電力系統功率振蕩的效果良好，含儲能FACTS應用到未來大規模新能源接入的電網具有較好的前景[26]。

2.2 FACTS裝置對含新能源接入電力系統的穩 定性控制研究

FACTS裝置在新能源接入電網電源側的應用非常廣泛，在穩定電網新能源接入點的電壓、削弱新能源電源的功率振蕩、提升電網暫態穩定性等具有顯著地優勢。目前，國內以風能、光伏為代表的新能源發電集中分布于新疆、青海、內蒙古等地，西北大規模新能源電力面臨著高電壓、遠距離、大容量的集中輸送。為解決系統無功和電壓控制問題，輸電線路的關鍵節點多安裝FACTS設備，以提高電網的安全穩定水平，還能夠抑制系統過電壓和潛供電流，保證大電網電磁暫態安全[27]。

UPFC作為目前FACTS裝置中功能最強大的元件，能夠消除異步風力機因風源的波動性和間歇性而引起的電網電壓崩潰，維持風電場電壓和電網穩定[28]。通過優化UPFC的控制策略能夠調整風力機的槳距角的控制系統，增加電網的次同步阻尼，從而削弱風力機組的功率振蕩[29]。

STATCOM作為目前電力系統應用最廣泛和功能最靈活的無功調節設備之一，能夠建立起無功實時控制系統，減小輸電線路有功變化對無功輸出的影響，保證系統關鍵節點的電壓穩定和有功輸出[30]。裝設STATCOM的風電場能夠穩定輸出電壓和功率，并可以快速重建風電場故障后的電壓，縮短故障切除時間和風力發電機轉子加速時間，避免機組功角與系統功角偏差過大導致的切機，可靠保證風力發電機的連續并網和故障穿越能力[31-33]。

國內外的科學研究和工程實踐已經證明，FACTS裝置能夠有效調節新能源接入系統的無功潮流和節點電壓，增大輸電線路的輸電容量，改善電力系統的暫態、穩態特性。但當波動性、間歇性新能源大規模接入系統時，較大的風速、光照和負荷波動會將造成系統的頻率波動和功率失衡，需要有足夠的旋轉備用和儲能裝置來維持電網的功率平衡和頻率穩定[34]。為解決大規模新能源接入引起電力系統功率波動和頻率穩定問題，特提出大電網新能源系統的概念，結構模型如圖1所示。

圖1 大電網新能源系統結構圖Fig.1 Structure diagram of new energy system for large power grid

大電網新能源系統由發電、輸配電、用電和儲能交互組成，發電包括風能、太陽能等新能源發電和火力發電等，輸配電是利用大功率電力電子裝置實現高電壓、大容量、高效率、低損耗的柔性交直流輸電，用電主要包括照明等阻性負荷和電動機等阻感性負荷。儲能交互是指利用物理、化學、電磁等儲能方式按照一定規律與大電網進行能量交換。

FACTS技術與儲能技術、新能源功率預測技術相結合，是減少因新能源發電并網而增加旋轉備用容量投資的有效途徑。

3 UPFC接入大電網新能源系統的 穩定性協調控制的研究

3.1 國內外UPFC研究現狀

統一潮流控制器(UPFC)是目前最為靈活、功能最全、技術最復雜的柔性交流輸電裝置[35]，通常可以把它理解為擁有公共直流側電容的STATCOM和SSSC組合起來的FACTS裝置。但UPFC的功能不能等于一個STATCOM和一個SSSC功能的簡單疊加，UPFC的控制靈活性遠遠大于二者之和。UPFC可以同時調控輸電線路的有功潮流和無功潮流，提供可控的并聯無功補償，提升系統電壓的暫穩態及中長期穩定能力，還能夠阻尼電力系統振蕩，提高電網輸送電能的穩定極限，增加電力系統穩定運行裕度，限制短路電流等。

電力系統的潮流是自然流動的，電源和負荷功率的變化都會引起電網潮流或大或小的改變。因電源、負荷分布位置和輸電線路參數不同，有些輸電線路的潮流容易造成激增，出現功率越限的現象；另外，一些輸電線路則容易出現潮流較小，較為通暢。UPFC是輸電線路加裝的柔性潮流控制裝置，通過調控節點電壓和線路阻抗等來跟蹤控制電網的功率流動，其調控方式靈活多樣、調控效果精確可靠，有力保障了電力系統的安全穩定可靠運行。目前，國內外關于UPFC的研究主要以下兩個方面：

a.UPFC的數學模型及其在電力系統中的應用；

b.UPFC的交互影響及協調控制策略。

3.2 UPFC數學模型及其穩定性控制的研究

3.2.1 UPFC數學模型

UPFC數學模型是研究和設計其控制策略的基礎，通常分為靜態數學模型和動態數學模型。靜態模型通常用于分析和計算含UPFC的電網潮流，動態模型則主要研究當電網運行狀態突變時，UPFC對電網穩定性、潮流、電壓的控制作用[36]。UPFC的靜態模型，目前主要有電源模型、阻抗型模型、解耦型模型、功率注入模型等[37-39]，這些模型都是建立在直流側電壓不變的基礎上，保證流入UPFC并聯側的有功功率等于流出其串聯側的有功功率。UPFC的動態特性，則是在考慮UPFC直流側電壓變化的情況來分析和研究的。

UPFC控制功能強大，集電壓、潮流、穩定性等多種控制功能于一身，能夠良好地調節UPFC接入點母線電壓和所在線路的功率流動[40]，其并聯側補償無功功率及維持母線電壓恒定，等效于調節變壓器一側分接頭開關的作用[41]。

3.2.2 UPFC穩定性控制研究

UPFC強大的柔性輸電控制能力，通常通過在UPFC控制系統內安裝相應的控制器來實現，每一個控制器通常被給予一個特定的控制功能。UPFC裝置的控制系統主要有有功功率、無功功率、交流電壓、交流頻率、直流電壓、直流電流六個控制器。UPFC良好的控制性能主要通過對某個或某幾個控制器進行優化分析和協調控制來實現的，直流電壓控制器是UPFC其他控制器正常工作的基礎。UPFC投入系統運行的目標和作用主要包括系統潮流控制、電壓穩定控制和抑制功率振蕩三個方面。

系統潮流控制主要研究UPFC在潮流計算中的數學模型和相關控制器、控制策略的設計。通過對UPFC進行交叉耦合控制，可以實現用UPFC串聯側變流器輸出電壓d軸分量調節輸電系統的無功功率，用輸入電壓的q軸分量調節輸電系統的有功功率，并能夠達到較好的調控效果[42]。

電力系統電壓穩定控制通常分為電壓暫態穩定控制和電壓穩態穩定控制兩種。暫態電壓控制比穩態電壓控制略為復雜，需要考慮直流側電壓的變化。考慮直流側電壓變化，采用非線性的控制策略，通過調節UPFC并聯側輸出電流的橫、縱分量能夠分別有效調控并聯側母線電壓、直流側電壓；通過調節UPFC串聯側變壓器的輸出電壓的橫、縱分量可以分別調控輸電線路的有功和無功功率[43]，從而較好地實現電力系統電壓的暫態穩定控制。

電力系統振蕩是指當電網存在短路、故障切除等干擾時，引起同步發電機間電勢差和相角差以及各節點電壓和電流隨時間不斷變化的現象。工程實踐表明，通過對UPFC控制系統設計狀態反饋線性控制器，可以較好的抑制大電網的低頻振蕩[44]。

4 結 論

隨著經濟和電網建設的快速推進，全球能源互聯互供的要求日益迫切，電能輸送將向大電源大容量特高壓集中外送的方向發展。通過分析和總結國內外先進控制方法和新興技術的研究成果，以UPFC為代表的柔性交流輸電技術未來將面臨更大的機遇和挑戰，多目標多裝置協同控制將是大電網新能源系統FACTS控制技術的發展趨勢。

結合統一潮流控制器(UPFC)和蓄電池儲能系統(BESS)，解決大電網新能源系統的潮流和穩定控制問題，同時平衡新能源電源和負荷的波動，使包括傳統電源、新能源電源、負荷等大電網內的功率設備得到高效合理利用，將是未來大規模新能源接入電網時輸送電能的重要發展方向。以UPFC為代表的FACTS接入大電網新能源系統穩定性協調控制的研究未來將主要集中在以下幾點：

1)結合FACTS技術與儲能技術，用于控制大電網新能源系統的電源和負荷波動。

2)結合FACTS技術與WAMS技術，全網統一時間坐標下的精準潮流控制和功率調度。

3)結合FACTS技術與MMC技術，柔性輸電裝置的模塊化多電平結構設計和優化分析。

4)FACTS裝置內部器件的精簡電子化，如基于級聯多電平VSC的無變壓器UPFC[45]。

[1] 劉吉臻.大規模新能源電力安全高效利用基礎問題[J].中國電機工程學報，2013，33 (16)：1-8.LIU Jizhen.Basic issues of the utilization of large-scale renewable power with high security and efficiency[J].Proceedings of the CSEE,2013,33(16): 1-8.

[2] 國網江蘇省電力公司.統一潮流控制器技術及應用[M].北京：中國電力出版社，2015.State Grid Jiangsu Electric Power Company.Unified power flow controller technology and its application[M].Beijing: China Power Press,2015.

[3] 鄒才能，趙群，張國生，等.能源革命:從化石能源到新能源[J].天然氣工業，2016，36(1)：1-10.ZOU Caineng,ZHAO Qun,ZHANG Guosheng,et al.Energy revolution: From a fossil energy era to a new energy era[J].Natural Gas Industrial,2016,36(1): 1-10.

[4] 王姝.儲能技術應用于電力系統時的協調控制研究[D].武漢：華中科技大學，2015.WANG Shu.The study on coordinated control of energy storage technology applied in power system[D].Wuhan: Huazhong University of Science and Technology,2015.

[5] 王姍姍，周孝信，湯廣福，等.模塊化多電平電壓源換流器的數學模型[J].中國電機工程學報，2011，31(24):1-8.WANG Shanshan,ZHOU Xiaoxin,TANG Guangfu,et al.Modeling of modular multi-level voltage source converter[J].Proceedings of the CSEE,2011,31(24): 1-8.

[6] Phadke A G,Pickett B,Adamiak M,et al.Synchronized sampling and phasor measurements for relaying and control[J].IEEE Trans on Power Delivery，1994，9(1):442-452.

[7] 何大愚.電力電子技術的進步與柔性交流輸電技術的換代發展[J].電網技術，1999，23(10)：1-4.HE Dayu.Progress of power electrics and generational development of facts[J].Power System Technology,1999,23(10): 1-4.

[8] 顧曉榮，方勇杰，薛禹勝.柔性交流輸電系統穩定控制綜述[J].電力系統自動化，1999，23(12)：50-56.GU Xiaorong,FANG Yongjie,XUE Yusheng.A survey on stability control in fixable AC transmission systems,1999,23(12): 50-56.

[9] 李立，魯宗相，周雙喜，等.柔性交流輸電系統設備對電力系統暫態失穩風險的影響[J].電力系統自動化，2012，36(6)：11-16.LI Li,LU Zongxiang,ZHOU Shuangxi,et al.Impact of flexible AC transmission system device on power system transient instability risks[J].Automation of Electric Power Systems,2012,36(6): 11-16.

[10] 王雅婷，鄭彬，申洪，等.西北新能源外送系統多 FACTS 協調控制方法[J].中國電機工程學報，2013，33(34):162-170.WANG Yating,ZHENG Bin,SHEN Hong,et al.A coordinated control method of multiple FACTS on the Northwest new energy-delivery system[J].Proceedings of the CSEE,2013,33(34): 162-170.

[11] 錢峰，湯廣福，賀之淵.基于智能帕雷托解的FACTS裝置多目標優化配置[J].中國電機工程學報，2010，30 (22)：57-63.QIAN Feng,TANG Guangfu,HE Zhiyuan.Multi-objective optimal placement of FACTS devices based on smart Pareto solution[J].Proceedings of the CSEE,2010,30(22): 57-63.

[12] 施鵬佳，文云峰，郭創新，等.計及 FACTS 校正控制策略的電網靜態安全風險評估[J].電網技術，2015，39(9)：2565-2570.SHI Pengjia,WEN Yunfeng,GUO Chuangxin,et al.Power grid risk-based static security assessment considering corrective control strategy of FACTS devices[J].Power System Technology,2015,39(9): 2565-2570.

[13] 曹一家，陶佳，王光增，等.FACTS控制器間交互影響及協調控制研究進展[J].電力系統及其自動化學報，2008，20(1)：1-8.CAO Yijia,TAO Jia,WANG Guangzeng,et al.Research progress on interaction and coordinated control among FACTS controllers[J].Proceedings of the Chinese Society of University for Electric Power System and its Automation,2008,20(1): 1-8.

[14] 黃柳強，郭劍波，卜廣全，等.FACTS 協調控制研究進展及展望[J].電力系統保護與控制，2012，40(5)：138-147.HUANG Liuqiang,GUO Jianbo,BU Guangquan,et al.Research progress and prospect of FACTS coordinated control[J].Power System Protection and Control,40(5): 138-147.

[15] 劉青，李麗英，王增平.基于模糊混合進化算法的多個FACTS元件協調控制[J].電力自動化設備，2010，30(5)：18-21.LIU Qing,LI Liying,WANG Zengping.Multi-FACTS coordinated control based on fuzzy hybrid evolutionary algorithm[J].Electric Power Automation Equipment,2010,30(5): 18-21.

[16] 董桓鋒，徐政，黃弘揚，等.大電源特高壓集中外送系統低頻振蕩的網側控制技術[J].高電壓技術，2016，42(2)：571-580.DONG Huanfeng,XU Zheng,HUANG Hongyang,et al.Grid side damping control technologies of low frequency oscillation of ultra high voltage transmission systems for large-scale energy bases[J].High Voltage Engineering,2016,42(2): 571-580.

[17] 閻博.UPFC的非線性控制與限流式UPFC研究[D].杭州：浙江大學，2012.YAN Bo.Research on nonlinear control of unified power flow controller and unified power flow controller with fault current limiting[D].Hangzhou: Zhejiang University,2012.

[18] 湯廣福，龐輝，賀之淵.先進交直流輸電技術在中國的發展與應用[J].中國電機工程學報，2016，36(7)：1760-1771.TANG Guangfu,PANG Hui,HE Zhiyuan.R&D and application of advanced power transmission technology in China[J].Proceedings of the CSEE,2016,36(7): 1760-1771.

[19] 張步涵，馬智泉，謝光龍，等.并聯儲能型 FACTS 裝置的 PSASP 建模與仿真[J].電網技術，2010，34(3)：31-36.ZHANG Buhan,MA Zhiquan,XIE Guanglong,et al.Modeling and simulation of parallel FACTS with energy storage in power system analysis software package[J].Power System Technology,2010,34(3): 31-36.

[20] 謝光龍，馬智泉，張步涵，等.利用并聯儲能型FACTS抑制特高壓互聯電網功率振蕩[J].高電壓技術，2010，36(1)：237-243.XIE Guanglong,MA Zhiquan,ZHANG Buhan,et al.Restraining the power oscillation in ultra-high voltage inter-interconnected power systems by the parallel FACTS with energy storage[J].High Voltage Engineering,2010,36(1): 237-243.

[21] 張晶晶，王政余，丁明等.并聯儲能型 FACTS 元件對連鎖故障的影響[J].電力系統保護與控制，2016，44(11)：90-96.ZHANG Jingjing,WANG Zhengyu,DING Ming,et al,Influences of FACTS element storage on cascading failures[J].Power System Protection and Control,2016,44(11): 90-96.

[22] 鄒旭東，劉新民，段善旭，等.儲能調相功率調制系統柔性功率調節器[J].電工技術學報，2009,24(6)：146-153.ZOU Xudong,LIU Xinmin,DUAN Shanxu,et al.Flexible power condition of energy storage power modulation system[J].Proceedings of the CSEE,2009,24(6): 146-153.

[23] 關天祺，梅生偉，盧強，等.超導儲能裝置的非線性魯棒控制器設計[J].電力系統自動化，2001，25(17)：1-6.GUAN Tianqi,MEI Shengwei,LU Qiang,et al.Onlinear robust control design for power system including superconducting magnetic energy storage devices[J].Automation of Electric Power Systems,2001,25(17): 1-6.

[24] 薛暢，王建賾，紀延超，等.結合蓄電池儲能系統的 STATCOM 的電流解耦控制[J].電力系統保護與控制，2013,41(6): 43-48.XUE Chang,WANG Jianze,JI Yanchao,et al.Current decoupling control of STATCOM combined with battery energy storage system[J].Power System Protection and Control,2013,41(6): 43-48.

[25] 陳仲偉，鄒旭東，段善旭，等.利用柔性功率調節器抑制電力系統功率振蕩[J].電工技術學報，2012，27(3)：196-204.CHEN Zhongwei,ZOU Xudong,DUAN Shanxu,et al.Mitigating the power oscillation by the flexible power conditioner[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2012,27(3): 196-204.

[26] 杜文娟，高山，王海風，等.電力系統低頻振蕩和儲能系統(英文)[J].電網技術，2007，31(27)：109-120.DU Wenjuan,GAO Shan,WANG Haifeng,et al.Power system oscillations and energy storage systems[J].Power System Technology,2007,31(27): 109-120.

[27] 左玉璽，王雅婷，邢琳，等.西北750 kV電網大容量新型FACTS設備應用研究[J].電網技術，2013，37(8)：2349-2354.ZUO Yuxi,WANG Yating,XING Lin,et al.Applied research on new types of high capacity FACTS devices in Northwest 750kV power grid[J].Power System Technology,2013,37(8): 2349-2354.

[28] 顧威，李興源，魏巍.基于 UPFC 的風電場穩定性動態仿真研究[J].電力系統保護與控制，2010，38(11)：70-74.GU Wei,LI Xingyuan,WEI Wei.Simulation study on wind farm stability with UPFC[J].Power System Protection and Control,2010,38(11): 70-74.

[29] 顧威，李興源，王渝紅，等.UPFC對風電場次同步諧振的抑制作用[J].電力系統自動化，2010，34(8)：101-105.GU Wei,LI Xingyuan,WANG Yuhong,et al.Mitigation effects of UPEC on subsynchronous oscillations in a wind farm[J].Automation of Electric Power Systems,2010,34(8): 101-105.

[30] 王成福，梁軍，張利，等.基于靜止同步補償器的風電場無功電壓控制策略[J].中國電機工程學報，2010，30(25)：23-28.WANG Chengfu,LIANG Jun,ZHANG Li,et al.Reactive power and voltage control strategy for wind farm based on STATCOM[J].Proceedings of the CSEE,2010,30(25): 23-28.

[31] 吳杰，孫偉，顏秉超.應用 STATCOM 提高風電場低電壓穿越能力[J].電力系統保護與控制，2011，39(24)：47-51.WU Jie,SUN Wei,YAN Bingchao.Improvement of low voltage ride through capacity of wind farm using STATCOM[J].Power System Protection and Control,2011,39(24): 47-51.

[32] 李圣清，徐文祥，栗偉周，等.風電場中級聯 STATCOM直流側電壓控制方法[J].電工技術學報，2013，28(3)：248-253.LI Shengqing,XU Wenxiang,LI Weizhou,et al.DC capacitor voltage balancing control for cascade STATCOM in wind farm[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2013,28(3): 248-253.

[33] 范高鋒，遲永寧，趙海翔，等.用 STATCOM 提高風電場暫態電壓穩定性[J].電工技術學報，2007，22(11)：158-262.FAN Gaofeng,CHI Yongning,ZHAO Haixiang,et al.Transient voltage stability enhancement of wind farm using STATCOM[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2007,22(11): 158-262.

[34] 黃學良，劉志仁，祝瑞金，等.大容量變速恒頻風電機組接入對電網運行的影響分析[J].電工技術學報，2010，25(4)：142-149.HUANG Xueliang,LIU Zhiren,ZHU Ruijin,et al.Impact of power system integrated with large capacity of variable speed constant frequency wind turbines[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2010,25(4): 142-149.

[35] 任必興，杜文娟，王海風，等.UPFC 接入對江蘇特高壓交直流混聯電網的動態交互影響研究[J].電網技術，2016，40(9)：2654-2660.REN Bixing,DU Wenjuan,WANG Haifeng,et al.Dynamic interaction investigation on a UPFC connecting to Jiangsu UHV AC/DC hybrid power system[J].Power System Technology,2016,40(9): 2654-2660.

[36] 唐愛紅.統一潮流控制器運行特性及其控制的仿真和實驗研究[D] .武漢：華中科技大學，2007.TANG Aihong.Study of the simulation and tests of UPFC for the operation characteristics and control strategies[D].Wuhai: Huazhong University of Science and Technology,2007.

[37] L.Gyugyi.A Unified Power Flow Control Concept for Flexible AC Transmissions Systems[J].IEEE.Proceedings-C，Generation，Transmission and Distribution，1992，139(4)： 323-331.

[38] L.Gyugyi，T.R.Rietman.The Unified Power Flow Controller： A New approach to Power Transmission Control[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1995，10(2)： 1085-1093.

[39] 劉前進，孫元章，黎雄，等.UPFC潮流控制與優化的研究[J].電力系統自動化，2000,24(18): 23-26.LIU Qianjin,SUN Yuanzhang,LI Xiong,et al.A study of power flow control and optimization by UPFC[J].Automation of Electric Power Systems,2000,24(18): 23-26.

[40] 彭飛進，陳金富，戴堂云.FACTS元件的動態特性分析[J].電力自動化設備，2000,20(5)：11-14.PENG Feijin,CHEN Jinfu,DAI Tangyun.Dynamic performance analysis of FACTS devices[J].Electric Power Automation Equipment,2000,20(5): 11-14.

[41] 奚江惠，涂光瑜.基于統一潮流控制器對電力系統暫態穩定控制的研究[J].電力系統自動化，1997，21(3)：51 -53.XI Jianghui,TU Guangyu.Improvement of power system transient stability using unified power flow controller[J].Automation of Electric Power Systems,1997,21(3): 51-53.

[42] 劉黎明，康勇，陳堅，等.UPFC的交叉耦合控制及潮流調節能力分析[J].中國電機工程學報，2007，27(10)：42-48.LIU Liming,KANG Yong,CHEN Jian,et al.Cross-coupling control scheme and performance analysis for power flow control of UPFC[J].Proceedings of the CSEE,2007,27(10): 42-48.

[43] 顏偉，朱繼忠，孫洪波，等.UPFC的模型與控制器研究[J].電力系統自動化，1999，23(6)：36 -41.YAN Wei,ZHU Jizhong,SUN Hongbo,et al.Study on model and controller of UPFC[J].Automation of Electric Power Systems,1999,23(6): 36-41.

[44] 劉赟，呂厚余，侯世英.利用統一潮流控制器抑制電力系統低頻振蕩[J].重慶大學學報(自然科學版)，2003，26(7):74-77.LIU Yun,LU Houyu,HOU Shiying.Analysis of unified power flow controller in damping low frequency oscillation of power system[J].Journal of Chongqing University (Natural Science Edition),2003,26(7): 74-77.

[45] Fang Zheng Peng，Yang Liu，Shuitao Yang，et al.Transformer-less unified power flow controller using theCascade Multilevel Inverter[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2016，31(8)：5461-5472.

(編輯 李世杰)

Review on stability coordination control of new energy system for large power grid with FACTS devices

WANG Jinxing,LIU Qing

(School of Electrical and Electronic Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)

With the rapid increase of new energy sources such as large-scale wind energy and solar energy,the new technologies such as wide-area balance of energy supply and demand and high-capacity and high-efficiency converters have emerged,as well as the new requirements for flexible AC transmission systems (FACTS).In this paper,the development of new energy system for large power grid and the emerging technologies such as energy storage,MMC and WAMS as well as some problems need to be solved are reviewed.In light of the problem of stability coordination control of new energy system for large power grid,FACTS,FACTS with storage energy,FACTS with new energy access are analyzed,the concept of new energy system for large power grid is put forward,and the latest research progress of FACTS device-related control is summarized.Finally,it is proposed that the combination of FACTS and energy storage technology,which is represented by UPFC,is an important method to solve the energy transmission of new energy system in large power grid in the future,and the future research direction of FACTS access to stability control of new energy system for large power grid is discussed.

UPFC；FACTS; new energy system for large power grid; coordination control; review

2017-05-02。

王金星(1991—)，男，碩士研究生，主要研究方向為柔性交流輸電、新能源發電與并網穩定性控制、電力系統儲能。

TM723

A

2095-6843(2017)04-0370-07