柔性交流輸電（FACTS）技術綜述

翟偉君

摘? 要：本文介紹了柔性交流輸電技術及其目前應用情況，對其局限性和存在問題進行分析并指出發展前景。

關鍵詞：柔性交流輸電技術;FACTS

1 柔性交流輸電技術介紹

柔性交流輸電技術（FACTS：Flexible Alternative Current Transmission System）也稱靈活交流輸電技術，這個概念是由美國電力學者N.G Hingorani于1986年首次提出的^[1]。FACTS概念提出以后曾經有過一定的爭議，主要分歧是FACTS技術是否包括高壓直流輸電（HVDC）^[2]。1994年在CIGRE會議上，FACTS概念的創始人N.G Hingorani先生明確指出：“為了避免任何混淆，作為FACTS概念的創始者，我給它定義為：除了直流輸電以外的所有將電力電子技術用于輸電的實際應用技術。”^[3]IEEE對FACTS的定義是：采用電力電子設備和其它靜態控制器來提高系統可控性和功率輸送能力的交流輸電系統。1996年在CIGRE會議上，N.G Hingorani先生再次給FACTS進行定義：簡單地說，FACTS的概念就是在現有輸電系統的基礎上，利用電力電子技術或其它靜態控制器來加強系統可控性和增加功率輸送能力的一種技術。我國的電力專家何大愚先生經過大量的研究分析與總結，也給FACTS下了一個比較精確的定義：FACTS是除了HVDC之外的所有安裝應用于電力系統各環節中的且作用于交流輸電系統的各種電力電子控制器及其協調組合進行控制的技術^[4]。

柔性交流輸電系統（FACTS）“應用電力電子技術的最新發展成就以及現代控制技術實現對交流輸電系統參數以至網絡結構的靈活快速控制，以期實現輸送功率的合理分配，降低功率損耗和發電成本，大幅度提高系統穩定性、可靠性”。此項技術己進入“成型期”，被專家預測為“現代電力系統中三項具有變革性的前沿課題之一”，也是實現電力系統安全、經濟、綜合控制的重要手段^[3，5]。

2 FACTS研究的數學模型

在電力系統穩定研究中，FACTS元件中用晶閘管電路實現的開關控制部分通常用一個慣性環節來模擬（時間常數在1Oms～5Oms之間），其主回路的代數模型按作用機理可分為以下四類^[6]：

1）阻抗模型：例如，將靜止無功補償器（SVC）模擬成一個可變電導，將可控串聯補償（TCSC）模擬成一個可變電抗;

2）移相器模型：可將由晶閘管控制的移相器（TCPS）模擬成一個移相角可變的移相變壓器;

3）無功電流源模型：可將靜止無功發生器（ASVG）模擬成注入節點的無功電流源;

4）電壓源模型：電壓源模型適合于模擬統一潮流控制器（（UPFC）。

3? FACTS的局限性和存在的問題

（1）FACTS控制器的造價

FACTS控制器的結構、功能等各異，造價一也不一。像已有的SVC或Station的造價基本還可為電力公司所接受，但串聯型的TCSC或正在研制的綜合潮流控制器（UPFC）的造價則高得多。

（2）“升流”能力有局限性

FACTS控制器的功能的確較好，但超高壓長距離重載線路的其他約束條件（如線損、壓降、弧垂、事故后影響等）能否允許這樣輸送還是一個未知數，尤其是它的可靠性。所以起碼在FACTS初期發展的這10余年內，其輸送能力只允許提高到一定水平，而很難應用它達到熱極限而取代下一級輸電電壓。

3）FACTS對現有研究和試驗工具提出了新要求

為了適應FACTS應用的研究，所有成熟的電力系統分析軟件包（包括運行分析程序包、規劃程序軟件、EMTP等）和各種試驗工具（動態模型、數字仿真試驗室、交直流輸電模型等）都需要補充FACTS控制器的附加模型和相應算法或子程序。并能適應其動態動作的要求。

4）需預防FACTS控制器與電力設備及其他控制器之間的不良作用

日前的FACTS控制器大多仍屬于晶閘管控制型的。它必然會產生高次諧波甚至諧波諧振等類問題。FACTS控制器之間，FACTS控制器與按分散控制理論設計的己有快速控制器之間，FACTS控制器與常規機械操作型控制器之間，各種裝置的相互管制或相互作用必須認真研究。國外對這些快速動作裝置的協調控制或分層控制的方法作了探討，也提出了一些建議但還只是初步的工作。

5）FACTS控制器對一些輔助性支持技術將提出新要求

當FACTS應用較普遍時，其對新的支持技術的需要，如高分辨率的時間系統、相角值的遠方傳送和測量等，將逐漸顯現出來。更為重要的是，作用的快速性和準確性將對計算或啟動條件等所需參數的準確性提出新的要求。

6）切換用的電力電子斷路器（SSCB）近期內難以實現

輸電線的切換操作和事故快速斷開、重開等開關設備是提高輸電線和輸電網可控性能的重要器件，它的電力電子化的意義重大。但是，SSCB和TCSC（可控串聯補償）相比，SSCB的高壓和斷流部件還有很長的一段路程要走，這與技術上和造價上的困難是密切相關的。

4 FACTS技術的發展前景

鑒于FACTS的廣泛發展前景及它對未來輸電技術發展、電力建設和運行可能產生的重大影響，美國、日本、巴西以及德國、瑞典、意大利、英國等歐洲一些發達國家已投入大量的資金和人力對此進行研究和開發，包括對現行電網的評估、硬件設備開發及FACTS 裝置在各電力公司的協調配置等，并已取得了許多可喜成果。

由于FACTS所具有的優越性，加之大功率電力電子器件的造價日趨降低，目前世界上許多國家，都在積極開展FACTS設備制造或應用的研究。

未來，FACTS技術將向更高性能、設備和系統設計更加緊湊化的方向發展。在今后的電力系統發展中，FACTS 技術必將迎來更加快速發展的新階段，為未來聯網輸電技術、電力建設和生產運行做出重要貢獻。

參考文獻

[1]N.G Hingorani，et al. Network access and the future of power transmission.EPRI Journal.1986，April-May：45～52

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