淺析柔性交流輸電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

蔣治銅

（四川省電力公司遂寧公司遂寧市泰源電力開(kāi)發(fā)有限總公司 四川 遂寧 614701）

1 柔性交流輸電系統(tǒng)的概念

柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的英文表達(dá)為：Flexible Alternative Current Transmission Systems，是綜合電力電子技術(shù)、微處理和微電子技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術(shù)。

上世紀(jì)80 年代中期， 美國(guó)電力科學(xué)研究院（EPRI）N.G.Hingorani博士首次提出FACTS 概念：應(yīng)用大功率、高性能的電力電子元件制成可控的有功或無(wú)功電源以及電網(wǎng)的一次設(shè)備等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電系統(tǒng)的電壓、阻抗、相位角、功率、潮流等的靈活控制，將原基本不可控的電網(wǎng)變得可以全面控制，從而大大提高電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性，使得現(xiàn)有輸電線(xiàn)路的輸送能力大大提高。

FACTS 技術(shù)，也即技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)及其控制器技術(shù)，已被國(guó)內(nèi)外一些權(quán)威的電力工作者確定為“未來(lái)輸電系統(tǒng)新時(shí)代的三項(xiàng)支持技術(shù)之一”。 這三項(xiàng)支持技術(shù)指的是：柔性輸電技術(shù)、先進(jìn)的控制中心技術(shù)和綜合自動(dòng)化技術(shù)。

柔性交流輸電系統(tǒng)能夠增強(qiáng)交流電網(wǎng)的穩(wěn)定性并降低電力傳輸?shù)某杀?。該技術(shù)通過(guò)為電網(wǎng)提供感應(yīng)或無(wú)功功率從而提高輸電質(zhì)量和效率。 作為世界領(lǐng)先的供應(yīng)商，西門(mén)子的多種柔性交流輸電系統(tǒng)已經(jīng)在全球的多個(gè)項(xiàng)目中成功應(yīng)用。

2 串聯(lián)補(bǔ)償?shù)墓ぷ鳈C(jī)制介紹

串聯(lián)補(bǔ)償（SC）串聯(lián)補(bǔ)償系統(tǒng)通過(guò)提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而提高輸電系統(tǒng)的輸電量。 串聯(lián)補(bǔ)償應(yīng)用包括了定額串聯(lián)補(bǔ)償，晶閘管控制型串聯(lián)補(bǔ)償TCSC，晶閘管保護(hù)型串聯(lián)補(bǔ)償TPSC。

在長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路中，可以使用串聯(lián)電容器來(lái)抵消線(xiàn)路電感的影響。 由于串聯(lián)電容器與線(xiàn)路電感串聯(lián)在一起電流相同，電容器的電壓滯后電流90 度，電感的電壓超前電流90 度，因此電容電壓就與電感電壓正好反向可以互相抵消。當(dāng)串聯(lián)電容器的容抗與線(xiàn)路電感的感抗相等時(shí)，線(xiàn)路電感的電壓就與電容電壓完全抵消，于是電網(wǎng)的輸電能力大大提高，電壓穩(wěn)定性也大大提高。

串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)是隨著高電壓、長(zhǎng)距離輸電技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的一種新興技術(shù)。 交流輸電線(xiàn)路串聯(lián)補(bǔ)償是現(xiàn)代電力電子技術(shù)在高電壓、大功率領(lǐng)域應(yīng)用的典范，其中可控串補(bǔ)技術(shù)使整個(gè)輸電線(xiàn)路的參數(shù)變成可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。 串補(bǔ)和可控串補(bǔ)技術(shù)可以補(bǔ)償線(xiàn)路的分布電感，提高系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，改善線(xiàn)路的電壓質(zhì)量、加長(zhǎng)送電距離和增大輸送能力。目前，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)闹饕獞?yīng)用領(lǐng)域是農(nóng)網(wǎng)配電、高電壓長(zhǎng)距離輸電和電氣化鐵路供電。

3 靜止無(wú)功補(bǔ)償器的工作機(jī)制介紹

靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）是一種采用與輸電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的感應(yīng)或無(wú)功功率補(bǔ)償。其主要作用是控制輸電線(xiàn)路和系統(tǒng)結(jié)點(diǎn)上的電壓質(zhì)量和無(wú)功功率。

靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）于20 上世紀(jì)70 年代興起，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展的很成熟的FACTS 裝置， 其被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷補(bǔ)償和輸電線(xiàn)路補(bǔ)償（電壓和無(wú)功補(bǔ)償），在大功率電網(wǎng)中，SVC 被用于電壓控制或用于獲得其它效益，如提高系統(tǒng)的阻尼和穩(wěn)定性等；這類(lèi)裝置的典型代表有： 晶閘管控制電抗器 （TCR） 和晶閘管投切電容器（TSC）。

靜止同步無(wú)功補(bǔ)償器是目前技術(shù)最為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。它不再采用大容量的電容器，電感器來(lái)產(chǎn)生所需無(wú)功功率，而是通過(guò)電力電子器件的高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)質(zhì)的飛躍，特別適用于中高壓電力系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。

靜止無(wú)功補(bǔ)償器是一種沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，快速、平滑可控的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。 它是將可控的電抗器和電力電容器（固定或分組投切）并聯(lián)使用。電容器可發(fā)出無(wú)功功率（容性的），可控電抗器可吸收無(wú)功功率（感性的）。 通過(guò)對(duì)電抗器進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以使整個(gè)裝置平滑地從發(fā)出無(wú)功功率改變到吸收無(wú)功功率（或反向進(jìn)行），并且響應(yīng)快速。 靜止無(wú)功補(bǔ)償器的電路圖。

靜止無(wú)功補(bǔ)償器能雙向連續(xù)、平滑調(diào)節(jié)；與同步調(diào)相機(jī)相比，靜止無(wú)功補(bǔ)償器沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，所以運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。 同時(shí)靜止無(wú)功補(bǔ)償器調(diào)節(jié)速度快，因此具有很大的優(yōu)越性。它的缺點(diǎn)是本身產(chǎn)生諧波，若不采取措施將污染電力系統(tǒng)，一般有配套的電力濾波器。 為了實(shí)現(xiàn)雙向連續(xù)調(diào)節(jié)，克服并聯(lián)電容調(diào)節(jié)效應(yīng)的弱點(diǎn)，要求增大補(bǔ)償容量。

創(chuàng)新的SVC PLUS 是一種最經(jīng)濟(jì)的、最節(jié)約空間和靈活的無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)，采用箱式結(jié)構(gòu)。 其基于多級(jí)環(huán)流器技術(shù)（VSC），能夠提高輸電系的可靠性和電能質(zhì)量。

機(jī)械開(kāi)關(guān)電容器（MSC/MSCDN）是穩(wěn)定狀態(tài)下控制電壓和穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的有效的解決方案。包含阻尼網(wǎng)絡(luò)功能的MSCDN 是MSC 的升級(jí)解決方案，能夠使高壓系統(tǒng)避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。

4 柔性交流輸電系統(tǒng)的技術(shù)特性

柔性交流輸電系統(tǒng)的主要決議有如下幾點(diǎn)：

①能在較大范圍有效地控制潮流；

②線(xiàn)路的輸送能力可增大至接近導(dǎo)線(xiàn)的熱極限， 例如： 一條500kV 線(xiàn)路的安全送電極限為1000～2000MW， 線(xiàn)路的熱極限為3000MW，采用FACTS 技術(shù)后，可使輸送能力提高50%～100%；

③備用發(fā)電機(jī)組容量可從典型的18%減少到15%，甚至更少；

④電網(wǎng)和設(shè)備故障的危害可得到限制，防止線(xiàn)路串級(jí)跳閘，以避免事故擴(kuò)大；

⑤易阻尼消除電力系統(tǒng)振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)部分高等院校、電力生產(chǎn)和設(shè)計(jì)部門(mén)及一些電氣設(shè)備制造廠家都已開(kāi)始FACTSA 技術(shù)方面的規(guī)劃和研究試制工作。如在靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）、靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）、統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）和可控串聯(lián)電容補(bǔ)償器（TCSC）等方面均已有較深入的研究。 具體的研究進(jìn)展如下： ①?lài)?guó)內(nèi)5 個(gè)省電力系統(tǒng)已有5 參加者SVC 在500kV 電網(wǎng)運(yùn)行，效果良好；②電力部電力科學(xué)研究院、東北電業(yè)管理局及清華大學(xué)等單位合作研制500kV 的TCSC 裝置；③清華大學(xué)與河南省電力局聯(lián)合研制我國(guó)首臺(tái)用于220kV 電網(wǎng)的±20Mvar STATCOM (ASVG)，以便提高其控制功率和控制電壓能力，并提高其穩(wěn)定性；哈爾濱工業(yè)大學(xué)和清華大學(xué)正聯(lián)合進(jìn)行UPFC 物理模型研究工作。 相信在不久的將來(lái)，柔性交流輸電系統(tǒng)會(huì)在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用特別是在電力輸送方面發(fā)揮巨大作用。

［1］謝小榮，姜齊榮.柔性交流輸電系統(tǒng)的原理與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2006-09-01.