关于灵活交流输电技术的思考

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【摘要】FACTS 技术是现代电力电子技术与传统的潮流控制（ 如阻抗控制， 功角控制等） 相结合的产物。它可以用可靠性很高的大功率可控硅元件代替传统元件中的机械式高压开关， 从而使电力系统中影响潮流分布的三个主要电气参数（ 电压、线路阻抗及功率角） 可按照系统的需要迅速调整。文章对灵活交流输电技术进行了阐述， 其中对灵活交流输电系统中的几种主要的控制器进行了介绍。系统地总结了近年来我国电力系统发展的新成就及其为提高运行性能和效益而应用的电力电子等新技术， 详细地阐述了 FACTS 技术快速发展中的新内容。

【关键词】灵活交流输电，新型输电技术，电力系统

一、FACTS中的控制器

1.1静止无功补偿器 SVC（Static Var Compens-ator）。静止无功补偿器的典型代表是晶闸管投切的电容器（ TSC- Thyristor Switched Capacitor） 和晶闸管控制的电抗器（ TCR- Thyristor Control Reactor） 。

SVC 的重要特性是它能连续调节补偿装置的无功功率， 可以对无功功率进行动态补偿， 使补偿点的电压接近维持不变， 但 SVC只能补偿系统的电压， 并且其无功输出与补偿点节点电压的平方成正比， 因而当电压降低时其补偿作用会减弱。SVC 的主要作用是电压控制， 但采用适当的控制方式后， SVC 也可以有阻尼系统功率振荡和增加稳定性等作用。

1.2 静止同步补偿器 STATCOM （Static Synchro-nous Compensator）。静止同步补偿器也可以称为 ASVG（ Active st-atic Var generator） - 有源静止无功发生器。它的基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上， 适当调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位， 或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿。

1.3并联蓄能系统。并联蓄能装置包括蓄电池蓄能系统 BESS（ Bat-tery Energy Storagy System）和超导磁能存储器 SM-ES（ Superconducting Mangetic Energy Storge） 等， 是采用并联式电压源换流器的能量存储系统， 其换流器可通过快速调节向交流系统供给或吸收电能。

1.4静止同步串联补偿器 SSSC（Solid- state SeriesCompensator）。静止同步串联补偿器与静止同步补偿器（ STA-TCOM） 在结构上有类似之处， 都是以 DC/AC 逆变器为基本结构， 它的基本原理是向线路注入一个与电压相差 90°的可控电压， 以快速控制线路的有效阻抗、从而进行有效地系统控制。它在系统中的作用有些类似于 TCSC， 但是， 它控制潮流的能力远大于单方向减少线路阻抗功能的 TCSC 控制器， 并且谐波含量小。

1.5晶闸管控制的移相变压器 TCPST（ThyristorControlled Phase Shifting Transformers）。晶闸管控制的移相变压器是利用可控硅开关控制移相角度从而改变线路两侧的移相角来控制潮流的大小或方向。经过多年的理论研究表明 TCPST具有提高联络线传输潮流， 抑制小干扰， 提高系统稳定性， 阻尼功率振荡， 母线电压控制， 规约联线潮流等功能， 晶闸管控制的移相器的控制速度快， 相角阶梯可以很小， 甚至达到无级调节， 但晶闸管控制的移相器有一个缺点， 它本身需要消耗无功功率， 运行中一般需要与无功补偿装置联合使用， 并且谐波的含量较高， 因此对电能质量有一定的影响。

1.6统一潮流控制器UPFC（Unified Power FlowController）。统一潮流控制器是一种从原有潮流控制装置的基础上发展而来的新型潮流控制装置， 它由一个并联的换流器和一个串联的换流器通过公共侧的电容耦合而成， 仅仅通过控制量的变化就可以分别实现并联补偿、串联补偿或移相器的功能， 也可以将三者的功能结合起来以实现一定的控制目的。通过不同控制策略的设计， UPFC 不但可以用于控制母线电压， 线路潮流、提高系统动态和暂态稳定性， 抑制系统振荡， 而且可以快速地转换工作状态以适应系统的紧急状态的需要。

二、IPC 基本原理

相间功率控制器的基本定义是： 相间功率控制器通过将两个不同的分支（ 一条是电感支路， 一条是电容支路） 分别受控于不同的移相电压， 并联后串入同一相的联络线中将两电网连起来。

近几年， 国外不少电力专家相继开展了 IPC 的研究工作， 文献讨论了相间功率控制器的理论和实际问题， 说明 IPC 是一个具有鲁棒性的串联控制器， 两条并联支路的移相电压可以由具有机械或电子转换开关的移相装置提供，不仅国外学者对相间功率控制器进行了系统的研究。

国内也有部分学者对此进行了相关的研究，国内的研究主要还处于理论阶段。于继来等借助移相器的共同性质建立了 IPC的通用电路模型及数学关系， 提出了在保持常规潮流网络结算结构不变的情况下处理网络中含多个 IPC 的潮流计算方法， 分析了 IPC 与负荷相连时的特性。

文中指出： 相间功率控制器在调节系统潮流分布的同时调节无功功率的能力比移相器更具有灵活性； 在隔离故障、限制短路电流水平比移相器优越得多。将 IPC 各元件参数与电网参数紧密的联系起来， 从一般电路理论上分析相间功率控制器的优良特性， 探讨各种参数对运行状况的影响， 提出了控方主导的概念， 阐述了相间功率控制器通过控方主导来实现鲁棒潮流控制的机理， 指出 IPC 实行短路故障隔离需要在高阻效应的条件下， 这将与多种制约因素相冲突。

灵活交流输电技术已在多个输电工程中得到应用， 并证明了它在提高线路输送能力、快速调节系统无功、提高系统稳等方面的优越性能。随着大功率电力电子器件技术的高速发展， 未来的功率器件容量将逐步提高， 并且电力电子器件的造价将越来越低， 以电力电子器件为核心部件的 FACTS 装置的 造价也会降低， 应用灵活交流输电系统技术越来越多， 这必将成为今后电力自动化系统的发展方向。

参考文献：

[1]王树文，王晶等.灵活交流输电（FACTS）技术[j].东北农业大学学报，2006（23）：19-20

[2]柳焯.相间功率控制器运行状态分析[J].清华大学学报，1999，39（3）： 69-71.