浅谈柔性交流输电技术

吕建鑫

摘 要：柔性交流输电系统（FACTS）是一种灵活且可控的新技术，可提高输电系统的稳定性和传输容量。本文简要介绍了柔性交流输电技术的产生背景及其基本概念，概述了四种常见的FACTS装置及其对电力系统的作用。

关键词：柔性交流输电系统；晶闸管控制串联电容器；静止无功补偿器；静止无功发生器；统一潮流控制器

现代电力系统已经发生了巨大地变化，变得越来越复杂，其特征主要为：大机组、超高压、远距离、跨区互联等。对于如此复杂的电力系统，传统的机械装置的控制效果较差，原因在于其响应速度太慢。然而，柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System，英文缩写为：FACTS）是以电力电子技术为核心的装置，具有很好的灵活性，可以提高输电系统的稳定性。

1 FACTS产生背景

在1986年，EPRI专家N.G. Hingorani第一次提出了FACTS技术。FACTS技术是指安装了电力电子型控制器的输电系统，FACTS控制器中应用了大功率电力电子技术，快速调节了交流输电网的运行参数（如电压、相角、阻抗等）。FACTS的出现，是现代电力系统的标志，也是电力系统最重大的技术变革之一。

FACTS技术已经逐渐被大家所熟知，其产生背景可以概述如下：

（1）由于传统的交流电力系统的可控性较差；

（2）在保证电力系统安全可靠的同时，可以提高输电能力；

（3）由于资金短缺、环境限制等原因，建设新的输电线路日益困难；

（4）由于高压直流输电的快速发展促使FACTS技术产生。

2 FACTS的基本概念

FACTS技术是可以灵活地控制输电系统的一项新的技术，其中包含了几种技术，有：电力电子技术、微电子技术、通信技术等。

FACTS概念从提出直至现在，一直受到广泛地关注。早在1997年，IEEE工作组就公布了FACTS的定义，FACTS定义为：它是一种装有电力电子型或其他静止型控制器交流输电系统，其可以加强控制器的可控性，并且可以增强功率传输能力[ 1 ]。

FACTS装置可以给电力系统带来如下好处：

（1）可以按照需要调整系统的潮流；

（2）可避免新建输电线路；

（3）能提高电力系统稳定性，包括：电压稳定性、暫态稳定性、静态稳定性；

3 FACTS装置分类

根据联接的方式，FACTS装置可以分为三大类，即串联型、并联型以及混联型，其分类见表1。下面详细介绍几种常见的FACTS装置。

3.1 晶闸管控制串联电容器（TCSC）

晶闸管控制串联电容器（Thyristor Controlled Series Capacitor，英文简称为：TCSC）是第一代串联型的FACTS装置。TCSC利用晶闸管控制电容器，其功能为：能在较大范围内连续且平滑地调节线路的阻抗，以此来达到对线路的动态补偿效果。对比于机械控制的电容补偿器，TCSC可以改善电压水平，有效地降低网损，抑制低频振荡，改善电力系统的暂态稳定性能。由于TCSC的结构简单，有较高的性能价格比。因此，它是目前实际应用最多，前景最看好的一种串联型FACTS装置。

3.2 静止无功补偿器（SVC）

静止无功补偿装置（Static Var Compenssator，英文简称为：SVC）被认定为现代电力系统中一种重要的并联型FACTS装置之一，它可以从电网吸收无功功率，也可以向电网输送无功功率，可以控制其装设地点的电压；同时在调节过程中，其输出阻抗可以不断地变化，还可以改善功角稳定性。SVC的类型主要有：晶闸管控制电抗器（TCR）型、晶闸管投切电容器（TSC）型、晶闸管投切电抗器（TSR）型、晶闸管控制高阻抗变压器（TCT）型、自饱和电抗器（SR）型等[ 2 ]。其中，TCR型SVC是应用最广泛的一种SVC装置，其优势为：反应时间快、运行可靠。近年来，由于可控硅器件技术越来越完善，使得SVC在电力系统中达到了广泛应用。

3.3 静止无功发生器（STATCOM）

静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，英文简称为：STATCOM）是一种比SVC更先进的并联型静止无功调节装置，它可以吸收感性无功，也可以发出感性无功。

与SVC相比，STATCOM具有以下优点：

（a）应用数字控制技术，提高了控制的实时性和可靠性；

（b）控制灵活性好，调节范围广，响应速度快；

（c）噪声小，损耗小，使得装置的寿命得以提高；

（d）连接电抗较小，电容容量比较小。

目前，我国南方电网已经有STATCOM的实际应用案例，该STATCOM基于电压源逆变器，其容量为±200 Mvar[ 3 ]。

3.4 统一潮流控制器（UPFC）

1991年，L.Gyugyi等人提出了统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，英文简称：UPFC）的概念，它是第三代FACTS装置。UPFC是一种混联型FACTS装置，由SSSC和STATCOM两种装置组成。由于UPFC的功能强大，因此它被认定为最有创造性的FACTS装置。UPFC是一种可控型装置，其不改变装置结构，仅改变控制规律，调节系统的基本参数，从而对系统的潮流进行控制[ 4 ]。

对比以上三种装置，UPFC几乎可以处理全部的潮流控制。UPFC通过对串联电压和并联电流的控制，来快速调整线路的有功功率，维持电力系统的稳定性，阻尼功率振荡。

4 总结

柔性交流输电技术给电力系统的发展带来了巨大的经济效益，并且可以提高输电系统的稳定性和传输容量。在本文中，首先，简要介绍了柔性交流输电技术的产生背景；其次，介绍了FACTS的基本概念；最后，分别简述了TCSC、SVC、STATCOM、UPFC这四种常见的FACTS装置及其对电力系统的作用。

参考文献：

[1] 谢小荣，姜齐荣.柔性交流输电系统的原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2] 李春华，黄伟雄，袁志昌，等.南方电网±200 Mvar链式STATCOM系统控制策略[J].电力系统自动化，2013，37（3）：116-121.

[3] 刘思，徐永海，王金浩，等.静止无功补偿器容量确定及补偿性能改善方法研究[J].电测与仪表，2013，50（9）：1-5.

[4] 马凡.统一潮流控制器动态特性及相关控制策略研究[D].华中科技大学，2007.