柔性交流輸電（FACTS）技術(shù)綜述

翟偉君

摘? 要：本文介紹了柔性交流輸電技術(shù)及其目前應(yīng)用情況，對(duì)其局限性和存在問題進(jìn)行分析并指出發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：柔性交流輸電技術(shù);FACTS

1 柔性交流輸電技術(shù)介紹

柔性交流輸電技術(shù)（FACTS：Flexible Alternative Current Transmission System）也稱靈活交流輸電技術(shù)，這個(gè)概念是由美國電力學(xué)者N.G Hingorani于1986年首次提出的^[1]。FACTS概念提出以后曾經(jīng)有過一定的爭議，主要分歧是FACTS技術(shù)是否包括高壓直流輸電（HVDC）^[2]。1994年在CIGRE會(huì)議上，F(xiàn)ACTS概念的創(chuàng)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(chuàng)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(shù)用于輸電的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)。”^[3]IEEE對(duì)FACTS的定義是：采用電力電子設(shè)備和其它靜態(tài)控制器來提高系統(tǒng)可控性和功率輸送能力的交流輸電系統(tǒng)。1996年在CIGRE會(huì)議上，N.G Hingorani先生再次給FACTS進(jìn)行定義：簡單地說，F(xiàn)ACTS的概念就是在現(xiàn)有輸電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用電力電子技術(shù)或其它靜態(tài)控制器來加強(qiáng)系統(tǒng)可控性和增加功率輸送能力的一種技術(shù)。我國的電力專家何大愚先生經(jīng)過大量的研究分析與總結(jié)，也給FACTS下了一個(gè)比較精確的定義：FACTS是除了HVDC之外的所有安裝應(yīng)用于電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中的且作用于交流輸電系統(tǒng)的各種電力電子控制器及其協(xié)調(diào)組合進(jìn)行控制的技術(shù)^[4]。

柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）“應(yīng)用電力電子技術(shù)的最新發(fā)展成就以及現(xiàn)代控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電系統(tǒng)參數(shù)以至網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活快速控制，以期實(shí)現(xiàn)輸送功率的合理分配，降低功率損耗和發(fā)電成本，大幅度提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性”。此項(xiàng)技術(shù)己進(jìn)入“成型期”，被專家預(yù)測(cè)為“現(xiàn)代電力系統(tǒng)中三項(xiàng)具有變革性的前沿課題之一”，也是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、綜合控制的重要手段^[3，5]。

2 FACTS研究的數(shù)學(xué)模型

在電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究中，F(xiàn)ACTS元件中用晶閘管電路實(shí)現(xiàn)的開關(guān)控制部分通常用一個(gè)慣性環(huán)節(jié)來模擬（時(shí)間常數(shù)在1Oms～5Oms之間），其主回路的代數(shù)模型按作用機(jī)理可分為以下四類^[6]：

1）阻抗模型：例如，將靜止無功補(bǔ)償器（SVC）模擬成一個(gè)可變電導(dǎo)，將可控串聯(lián)補(bǔ)償（TCSC）模擬成一個(gè)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(gè)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(fā)生器（ASVG）模擬成注入節(jié)點(diǎn)的無功電流源;

4）電壓源模型：電壓源模型適合于模擬統(tǒng)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(jià)

FACTS控制器的結(jié)構(gòu)、功能等各異，造價(jià)一也不一。像已有的SVC或Station的造價(jià)基本還可為電力公司所接受，但串聯(lián)型的TCSC或正在研制的綜合潮流控制器（UPFC）的造價(jià)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(gè)未知數(shù)，尤其是它的可靠性。所以起碼在FACTS初期發(fā)展的這10余年內(nèi)，其輸送能力只允許提高到一定水平，而很難應(yīng)用它達(dá)到熱極限而取代下一級(jí)輸電電壓。

3）FACTS對(duì)現(xiàn)有研究和試驗(yàn)工具提出了新要求

為了適應(yīng)FACTS應(yīng)用的研究，所有成熟的電力系統(tǒng)分析軟件包（包括運(yùn)行分析程序包、規(guī)劃程序軟件、EMTP等）和各種試驗(yàn)工具（動(dòng)態(tài)模型、數(shù)字仿真試驗(yàn)室、交直流輸電模型等）都需要補(bǔ)充FACTS控制器的附加模型和相應(yīng)算法或子程序。并能適應(yīng)其動(dòng)態(tài)動(dòng)作的要求。

4）需預(yù)防FACTS控制器與電力設(shè)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(huì)產(chǎn)生高次諧波甚至諧波諧振等類問題。FACTS控制器之間，F(xiàn)ACTS控制器與按分散控制理論設(shè)計(jì)的己有快速控制器之間，F(xiàn)ACTS控制器與常規(guī)機(jī)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(rèn)真研究。國外對(duì)這些快速動(dòng)作裝置的協(xié)調(diào)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(duì)一些輔助性支持技術(shù)將提出新要求

當(dāng)FACTS應(yīng)用較普遍時(shí)，其對(duì)新的支持技術(shù)的需要，如高分辨率的時(shí)間系統(tǒng)、相角值的遠(yuǎn)方傳送和測(cè)量等，將逐漸顯現(xiàn)出來。更為重要的是，作用的快速性和準(zhǔn)確性將對(duì)計(jì)算或啟動(dòng)條件等所需參數(shù)的準(zhǔn)確性提出新的要求。

6）切換用的電力電子斷路器（SSCB）近期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)

輸電線的切換操作和事故快速斷開、重開等開關(guān)設(shè)備是提高輸電線和輸電網(wǎng)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(lián)補(bǔ)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(shù)上和造價(jià)上的困難是密切相關(guān)的。

4 FACTS技術(shù)的發(fā)展前景

鑒于FACTS的廣泛發(fā)展前景及它對(duì)未來輸電技術(shù)發(fā)展、電力建設(shè)和運(yùn)行可能產(chǎn)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(fā)達(dá)國家已投入大量的資金和人力對(duì)此進(jìn)行研究和開發(fā)，包括對(duì)現(xiàn)行電網(wǎng)的評(píng)估、硬件設(shè)備開發(fā)及FACTS 裝置在各電力公司的協(xié)調(diào)配置等，并已取得了許多可喜成果。

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

未來，F(xiàn)ACTS技術(shù)將向更高性能、設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加緊湊化的方向發(fā)展。在今后的電力系統(tǒng)發(fā)展中，F(xiàn)ACTS 技術(shù)必將迎來更加快速發(fā)展的新階段，為未來聯(lián)網(wǎng)輸電技術(shù)、電力建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行做出重要貢獻(xiàn)。

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