柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應用展望

魏中夏

（北京理工大學,100081）

0 引言

新經(jīng)濟時代背景下，社會經(jīng)濟及科學技術(shù)均飛速發(fā)展，以此使得傳統(tǒng)電力系統(tǒng)弊端日益突出，具體主要表現(xiàn)為：（1）電網(wǎng)損耗大、電網(wǎng)效率與效益不高；（2）大負荷中心動態(tài)電壓支持不足，電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定；（3）常規(guī)性電能無法滿足敏感性負荷的需求；（4）電網(wǎng)運行安全隱患較多等，此形勢下則需引進一種先進的交流輸電技術(shù)，以解決上述問題為我國現(xiàn)代電力系統(tǒng)高效有序運行提供保障。

實踐表明，柔性交流輸電技術(shù)便是解決上述問題的有效手段，具體體現(xiàn)在：一方面，柔性交流輸電技術(shù)系統(tǒng)的控制器具有快速，平滑調(diào)節(jié)的特點，并且可以快速改變輸電系統(tǒng)的潮流分布，能夠有效地降低環(huán)流和振蕩對電網(wǎng)的干擾。隨著柔性交流輸電技術(shù)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，環(huán)流和振蕩逐漸被消除，輸電線路的運行條件從而被優(yōu)化；另一方面，依托于柔性交流輸電技術(shù)能夠?qū)⒊Ｒ?guī)交流電柔性化，增強輸電容量，保障供電穩(wěn)定性。

1 柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）概述

1.1 FACTS的定義

柔性交流輸電技術(shù)又稱之為靈活交流輸電技術(shù)，英文簡稱為FACTS，N.G.Hingorani最早提出“柔性交流輸電”這一概念，并認為“柔性交流輸電指的是依托于電力電子型控制器提高電力傳輸能力的交流輸電系統(tǒng)?！敝笥?0世紀80年代末，美國電力研究院又對其進行重新定義：“基于電力電子技術(shù)與控制技術(shù)對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓、相位實施靈活快速調(diào)節(jié)的一種交流輸電技術(shù)”。

1.2 FACTS工作原理

柔性交流輸電技術(shù)是集通信技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制技術(shù)及微電子技術(shù)于一體的一種新型綜合技術(shù)。其中柔性交流輸電技術(shù)中涉及到的“柔性”實質(zhì)上是指對電壓電流的可控性，即將現(xiàn)代智能技術(shù)應用于高壓輸變電線路系統(tǒng)中，真正意義上實現(xiàn)對系統(tǒng)功率、電壓及相對角的有效控制，從而增強輸配電系統(tǒng)的運行性、安全性、可控性。

1.3 FACTS的應用現(xiàn)狀

1.3.1 國內(nèi)FACTS技術(shù)應用現(xiàn)狀

（1）自“十一五”規(guī)劃提出以來，我國在電力系統(tǒng)方面投入大量的人力、財力及物力資源用于研究和推廣SVC，在諸多研究者的共同努力下，截止當前，我國已將SVC技術(shù)成功應用于電力系統(tǒng)中，并對提升輸變電系統(tǒng)的高電壓等級，提高輸電線路輸送能力發(fā)揮了重要作用。

（2）目前，我國已形成多種關(guān)于FACTS技術(shù)設(shè)備，如靜止無功發(fā)生器、電網(wǎng)短路電流限制器、可控串聯(lián)補償器、可控高抗及綜合潮流控制器等。然而受多方面原因的影響，以致上述多種關(guān)于FACTS技術(shù)設(shè)備未能夠有效應用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中。除此之外，還有諸多關(guān)于FACTS技術(shù)設(shè)備仍處于理論研究階段，有待進一步加強工程實用化技術(shù)研究。

1.3.2 國外FACTS技術(shù)應用現(xiàn)狀

（1）基于傳統(tǒng)半控型器件的FACTS技術(shù)。截止當前，國外相當一部分國家基于傳統(tǒng)半控型器件的FACTS技術(shù)已較成熟，以SVC裝置為例，即SVC裝置補充容量以高于1000MVar，并實現(xiàn)在電壓為765kV電力系統(tǒng)的應用。同時，國外應用SVC裝置不僅抑制了次同步諧振，而且還較大程度上提高了送電容量，大大推動國外電力行業(yè)的發(fā)展。

（2）基于可關(guān)斷器件的FACTS技術(shù)。除基于傳統(tǒng)半控型器件的FACTS技術(shù)之外，基于可關(guān)斷器件的FACTS技術(shù)在國外同樣已成熟應用，以STATCOM裝置為例，首個STATCOM裝置由美國與日本共同研制生產(chǎn)。自此以來，國家其它各國紛紛參與到STATCOM裝置研究行列中，為STATCOM裝置的發(fā)展及STATCOM技術(shù)的成熟提供了動力，為輸電系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2 柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)工作原理

2.1 可控串補(TCSC)

首先，可控串補設(shè)備的組成，以可控串補裝置為例，即由阻尼裝置、串聯(lián)電容器組、控制保護裝置、可控硅閥組及氧化鋅非線性電阻等部分共同構(gòu)成；其次，可控串補設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)，包括高壓平臺上閥組制造與集成技術(shù)、串補系統(tǒng)各元件的保護原理與技術(shù)、光供電的電子式互感器技術(shù)及高壓平臺上的閥組觸發(fā)、冷卻、監(jiān)視技術(shù)等；最后，通過將可控串補技術(shù)應用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，不僅有助于提高電力系統(tǒng)的輸送能力，降低網(wǎng)損，而且還有助于保證潮流分布的均衡性及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 靜止無功補償裝置(SVC)

首先，靜止無功補償設(shè)備工作原理，以靜止無功補償裝置為例，即由電器組與空心電抗器并聯(lián)組成，其中通過將空心電抗器與晶閘管串聯(lián)，便可以控制晶閘管觸發(fā)角達到控制流過空心電抗器電流的目的；其次，靜止無功補償設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)，包括可控硅閥組的觸發(fā)技術(shù)、多目標、多任務(wù)SVC綜合控制技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計與集成技術(shù)等；最后，通過將靜止無功補償技術(shù)應用于輸電網(wǎng)中，既能夠增加輸電線路的輸電能力，又能夠起到調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)電壓、平衡三相電流的作用。同時，通過將靜止無功補償技術(shù)應用于配電網(wǎng)中，既有助于控制與系統(tǒng)的無功交換，增強電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，又有助于降低配網(wǎng)損耗，增強供電質(zhì)量。

2.3 靜止無功發(fā)生器(STATCOM)

首先，靜止無功發(fā)生設(shè)備構(gòu)成及工作原理，以靜止無功發(fā)生器為例，其實質(zhì)上是一種平滑可控的動態(tài)無功率補償裝置，該項裝置依托于全控器件的電壓源型逆變器完成無功的吸收與發(fā)出。其中當前靜止無功補償器具有三種類型，包括可控飽和電抗器型、自飽和電抗器型及相控電抗器型。其次，靜止無功發(fā)生器關(guān)鍵技術(shù)，包括基于全控器件閥組的冷卻技術(shù)、基于全控器件閥組的觸發(fā)技術(shù)、基于全控器件閥組的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)及多目標、多任務(wù)靜止無功發(fā)生器綜合控制技術(shù)等；最后，通過將靜止無功發(fā)生器應用于現(xiàn)代電力中，既可實現(xiàn)動態(tài)快速連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出，以滿足功率因數(shù)補償要求，又能夠發(fā)揮超強無功補償作用，以保證較快的響應速度。

2.4 統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）

首先，統(tǒng)一潮流控制器的工作原理，依托于FACTS裝置，采取多種有效方法統(tǒng)一控制電力系統(tǒng)的電壓、阻抗及相角等多方面線路參數(shù)，以實現(xiàn)控制有、無功潮流與等效阻抗的目的；其次，統(tǒng)一潮流控制器關(guān)鍵技術(shù)，包括柔性交流輸電技術(shù)、換流技術(shù)等；最后，通過將統(tǒng)一潮流控制器應用到現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，能夠達到獨立控制輸電線路中有、無功功率的目的，對提高電力系統(tǒng)輸電效率具有積極顯著積極效應。

3 柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的發(fā)展方向與應用保障

3.1 FACTS在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的發(fā)展方向

近年來，柔性交流輸電技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中得到廣泛應用，同時還形成了一大批關(guān)于FACTS的裝置，包括靜止無功補償裝置、可控串補裝置及統(tǒng)一潮流控制器等。筆者認為，當前背景下，F(xiàn)ACTS應用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中應朝著下述方向發(fā)展：

第一，加強FACTS設(shè)備控制保護系統(tǒng)共性平臺技術(shù)的研究與應用。要求電力部門投入更多的人力、財力及物力資源加強FACTS設(shè)備控制保護系統(tǒng)共性平臺技術(shù)研究與推廣，充分發(fā)揮FACTS設(shè)備控制、監(jiān)視及保護功能；

第二，增強FACTS裝置的試驗能力與驗證能力。為滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展需求，要求電力部門置于SVC、TCSC晶閘管閥全面試驗能力之上進一步加強對FACTS裝置的試驗與驗證效能研究，不斷提升FACTS裝置的試驗能力與驗證能力。

3.2 FACTS在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應用保障

（1）政府部門提供政策、資金支持，以保證FACTS在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的廣泛應用；（2）增強FACTS裝置產(chǎn)業(yè)化能力，即構(gòu)建科研體系，加強對電力電子領(lǐng)域的高新技術(shù)研究，推動電力電子領(lǐng)域科技型企業(yè)更快更穩(wěn)進入市場，促使FACTS相關(guān)設(shè)備、技術(shù)形成強勁的凝聚力、競爭力，為更好應用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，提升我國電力行業(yè)國際市場競爭力提供保障；（3）為FACTS裝置推廣應用營造良好條件。FACTS裝置研制部門應加強對FACTS裝置及技術(shù)的宣傳與推廣，采取多種有效手段讓更多電力組織認識到FACTS裝置及技術(shù)的先進性、高效性。同時，F(xiàn)ACTS裝置研究部門制定規(guī)范的FACTS裝置及技術(shù)標準、運行規(guī)程，為應用單位提供技術(shù)指導，以確保FACTS裝置及技術(shù)得到有效應用。

4 結(jié)論

柔性交流輸電技術(shù)是當前電力系統(tǒng)輸配電技術(shù)新的發(fā)展方向，直接影響電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與運行。國內(nèi)的部分高校與科研單位通過實證研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)各地區(qū)對FACTS裝置及技術(shù)的應用狀況嚴重失衡，即有的地區(qū)電力部門的FACTS裝置及技術(shù)應用已相當成熟，而有的地區(qū)電力部門在FACTS方面的研究仍處于空白狀態(tài)。已有大量的實踐證明，F(xiàn)ACTS能夠解決現(xiàn)代電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)及運行過程中的諸多瓶頸問題。

然而，與常規(guī)的補償電容器電抗器相比，F(xiàn)ACTS裝置制造流程較復雜且成本較高。使即使借助電容器及電抗器的SVC與TCSC，也未能夠達到預期成本目標。所以這就要求各電力部門仍需加大對FACTS相關(guān)裝置及技術(shù)的研究，在保證FACTS裝置及技術(shù)高效性的前提下，盡可能降低FACTS裝置制造成本及技術(shù)應用成本，如此以保證我國現(xiàn)代電力系統(tǒng)高效有序運行，推動我國電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

[1]金濤、汪濤、羅維《柔性交流輸電技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應用》2010年12月

[2]王小紅《柔性交流輸電技術(shù)》2010年4月

[3]李靖科《柔性交流輸電技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應用》2011年7月

[4]陳輝祥《柔性交流輸電技術(shù)的發(fā)展及其應用》2009年5月