柔性交流輸電技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

蘆浩 付繼超 尹河

摘要：智能電網(wǎng)需要輸變電系統(tǒng)滿足靈活調(diào)節(jié)、高效輸送、穩(wěn)定可靠這三點，而考慮到柔性交流輸電技術(shù)能為電網(wǎng)快速、連續(xù)和精準的控制響應(yīng)及優(yōu)化潮流提供實現(xiàn)的可能，同時也有助于充分發(fā)揮出智能電網(wǎng)的潛力，故在我國智能電網(wǎng)建設(shè)中采用經(jīng)濟有效的柔性交流輸電技術(shù)是必然趨勢。現(xiàn)對可應(yīng)用在智能電網(wǎng)中的柔性交流輸電設(shè)備進行了闡述，重點介紹了目前新一代的柔性交流輸電設(shè)備，提出了未來應(yīng)用柔性交流輸電技術(shù)仍需解決的問題。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);柔性交流輸電;潮流控制

對于電網(wǎng)建設(shè)而言，智能電網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)逐漸成熟，而輸變電技術(shù)在不斷進步發(fā)展的同時，也被應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)之中，同時輸變電技術(shù)的高技術(shù)含量和系統(tǒng)強度，以及超高的協(xié)作性使其在智能電網(wǎng)中也發(fā)揮出重要的作用。智能電網(wǎng)中輸變電技術(shù)的廣泛運用，大幅增強了智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，提高了智能電網(wǎng)的用電效率，同時也使得智能電網(wǎng)的復(fù)雜性得以降低。

1 柔性交流輸電技術(shù)

普遍意義上的輸變電技術(shù)是指在電網(wǎng)中，涉及到電網(wǎng)的運行以及安全狀態(tài)的所有相關(guān)技術(shù)，這些技術(shù)在電網(wǎng)中通過對電力能源的輸送和對電壓的調(diào)節(jié)，保證電網(wǎng)的正常穩(wěn)定運行。近年來隨著輸變電技術(shù)開發(fā)研究方面的不斷投入，輸變電技術(shù)的高技術(shù)含量越來越高。輸變電技術(shù)與信息化技術(shù)相結(jié)合，不僅可以為電網(wǎng)系統(tǒng)的運行提供高技術(shù)支持，保證電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性，同時使得電網(wǎng)中運送的電力能源的有效利用率也不斷提高。在智能電網(wǎng)中，輸變電技術(shù)可以發(fā)揮重大作用的空間還很大，在促進智能電網(wǎng)建設(shè)方面能夠起到不可替代的重要作用。柔性交流輸電技術(shù)簡稱FACTS技術(shù)，所謂“柔性”意為對電流和電壓的可控性。該項技術(shù)可以實現(xiàn)對交流電快速靈活的控制，是一項將通信技術(shù)和電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微處理技術(shù)綜合運用而形成的新興輸變電技術(shù)，其對載體的控制主要通過現(xiàn)代智能技術(shù)完成。柔性交流輸電技術(shù)在智能電網(wǎng)中高壓線路系統(tǒng)中的運用，為提高電網(wǎng)運行中的輸電能力提供了又一種方式。柔性交流輸電技術(shù)與智能控制技術(shù)的結(jié)合，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定水平和輸電網(wǎng)絡(luò)的利用率及價值有大幅度的提高作用，同時均衡電網(wǎng)的潮流，并實現(xiàn)對電力能源的節(jié)約效應(yīng)。

2 柔性交流輸電技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

柔性交流輸電技術(shù)主要通過對智能電網(wǎng)中影響電力系統(tǒng)性能的主要運行參數(shù)電壓、阻抗以及功角進行控制，實現(xiàn)其對輸配電系統(tǒng)的可靠可控性及運行性的 改善和提高作用。柔性交流輸電技術(shù)中對這些變量進行直接控制的是 FACTS 控制器，F(xiàn)ACTS 技術(shù)將大功率的電力電子元件和微電子技術(shù)等運用到電力系統(tǒng)中， 對電網(wǎng)運行中的發(fā)電過程、交流輸電以及供電系統(tǒng)加以控制，使電網(wǎng)的穩(wěn)定安全性和節(jié)能環(huán)保性都大大提高。

2.1 APF

有源電力濾波器簡稱APF，即Active power filter，是一種新型的電力電子裝置，利用有源電力濾波器可以快速地跟蹤補償不同大小與頻率的諧波。之所以將其稱之為有源，是因為有源電力濾波器相對于無源LC濾波器，只能被動地對大小和頻率都固定的諧波進行吸收。有源電力濾波器可以抑制用電載荷在電網(wǎng)系統(tǒng)中運行時出現(xiàn)的有害電壓分量和電流分量，防止高次諧波等有害分量對電網(wǎng)系統(tǒng)的污染。有源電力濾波器對電網(wǎng)的綜合主動補償主要是通過PWM電力電子進行脈沖的全控調(diào)整占空，進而提供給電網(wǎng)系統(tǒng)極性相反且大小相等的電壓或者電流用以補償。根據(jù)電網(wǎng)的運行特點，將有源濾波和電力電子控制以及電路結(jié)構(gòu)技術(shù)進行結(jié)合，可以實現(xiàn)三相不平衡、長距離線路電壓差、高次諧波以及基波正序無功補償?shù)榷囗椆δ埽?并且可以依據(jù)實際工程應(yīng)用的具體需求對上述補償方式進行多種組合。另一方面，為了對用電載荷端進行無功功率的補償，對高次諧波分量加以抑制，可以將有源電力濾波器和電子元器件電容和電感以及電阻并聯(lián)，以此提高供電質(zhì)量。

2.2 SVC（靜止無功補償調(diào)控）裝置

在輸變電系統(tǒng)中廣泛運用SVC裝置對電壓進行調(diào)控、補償吸收無功功率。SVC 即靜止無功補償調(diào)控裝置，按照SVC裝置控制的電子元件的不同將其分為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以及TCR 晶閘管控制容性無功補償電抗器。工程實際應(yīng)用中大多將容性和感性無功補償電抗器結(jié)合運用，例如TCR+TSC 組合方式、TCR+TSC+FC 組合方式以及TCR+FC 組合方式。將適當容量的SVC裝置在電網(wǎng)系統(tǒng)中進行設(shè)置，有助于對電網(wǎng)中的無功交換及分布式的載荷進行控制，降低輸電過程中的線損。

2.3 SVG（靜止無功發(fā)生）裝置

靜止無功發(fā)生裝置（SVG）的內(nèi)部主要有直流和交流功能單元，其中交流功能單元與系統(tǒng)的補償相連接在一起。該裝置內(nèi)部的半導體橋式交流器通過合理的切換來控制無功功率發(fā)生及吸收，完成按需進行無功功率的動態(tài)補償。同時，SVG 裝置通過自身內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)換和對電網(wǎng)系統(tǒng)的運行情況進行實時動態(tài)檢測，可以實現(xiàn)對無功功率的平滑調(diào)控。

2.4 UPFC（統(tǒng)一潮流控制）

統(tǒng)一潮流控制裝置的組成單元主要是接線方式不同的串聯(lián)變化器和并聯(lián)變化器，并且直流端和同一組電容器進行互聯(lián)，這樣的“背靠背”連接結(jié)構(gòu)可以實 現(xiàn)實時控制調(diào)節(jié)電網(wǎng)系統(tǒng)，在兩個變化器之間有功功率可以雙向流通，即有功功率在交流端可以吸收及發(fā)出。UPFC 裝置主要在電壓等級超過220KV的電網(wǎng)系 統(tǒng)進行運用，其兩個變化器接入電網(wǎng)系統(tǒng)中后，能夠分別產(chǎn)生及吸收無功功率，對電網(wǎng)運行狀態(tài)進行動態(tài)的調(diào)控。

結(jié)束語：

柔性交流輸電技術(shù)改變了電網(wǎng)傳統(tǒng)的運行方式，促使電 網(wǎng)朝向智能化的方向發(fā)展，它能管控智能電網(wǎng)的運行過程，在 智能電網(wǎng)中極具發(fā)展的潛力和能力。柔性交流輸電技術(shù)為實 現(xiàn)智能電網(wǎng)的安全運行，使之具備經(jīng)濟性運行的優(yōu)勢，滿足現(xiàn) 代社會的用電需求打下了基礎(chǔ)，但同時還有需進一步解決的 問題，有提高的空間，這也是今后FACTS技術(shù)發(fā)展的方向。

參考文獻

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