柔性交流輸電技術（FACTS）在現代電力系統中的應用展望

魏中夏

（北京理工大學,100081）

0 引言

新經濟時代背景下，社會經濟及科學技術均飛速發展，以此使得傳統電力系統弊端日益突出，具體主要表現為：（1）電網損耗大、電網效率與效益不高；（2）大負荷中心動態電壓支持不足，電網電壓不穩定；（3）常規性電能無法滿足敏感性負荷的需求；（4）電網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，以解決上述問題為我國現代電力系統高效有序運行提供保障。

實踐表明，柔性交流輸電技術便是解決上述問題的有效手段，具體體現在：一方面，柔性交流輸電技術系統的控制器具有快速，平滑調節的特點，并且可以快速改變輸電系統的潮流分布，能夠有效地降低環流和振蕩對電網的干擾。隨著柔性交流輸電技術不斷創新和發展，環流和振蕩逐漸被消除，輸電線路的運行條件從而被優化；另一方面，依托于柔性交流輸電技術能夠將常規交流電柔性化，增強輸電容量，保障供電穩定性。

1 柔性交流輸電技術（FACTS）概述

1.1 FACTS的定義

柔性交流輸電技術又稱之為靈活交流輸電技術，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。”之后于20世紀80年代末，美國電力研究院又對其進行重新定義：“基于電力電子技術與控制技術對交流輸電系統的阻抗、電壓、相位實施靈活快速調節的一種交流輸電技術”。

1.2 FACTS工作原理

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

1.3 FACTS的應用現狀

1.3.1 國內FACTS技術應用現狀

（1）自“十一五”規劃提出以來，我國在電力系統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技術成功應用于電力系統中，并對提升輸變電系統的高電壓等級，提高輸電線路輸送能力發揮了重要作用。

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

1.3.2 國外FACTS技術應用現狀

（1）基于傳統半控型器件的FACTS技術。截止當前，國外相當一部分國家基于傳統半控型器件的FACTS技術已較成熟，以SVC裝置為例，即SVC裝置補充容量以高于1000MVar，并實現在電壓為765kV電力系統的應用。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的發展。

（2）基于可關斷器件的FACTS技術。除基于傳統半控型器件的FACTS技術之外，基于可關斷器件的FACTS技術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。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裝置的發展及STATCOM技術的成熟提供了動力，為輸電系統的發展奠定了堅實的基礎。

2 柔性交流輸電技術（FACTS）設備關鍵技術工作原理

2.1 可控串補(TCSC)

首先，可控串補設備的組成，以可控串補裝置為例，即由阻尼裝置、串聯電容器組、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成；其次，可控串補設備關鍵技術，包括高壓平臺上閥組制造與集成技術、串補系統各元件的保護原理與技術、光供電的電子式互感器技術及高壓平臺上的閥組觸發、冷卻、監視技術等；最后，通過將可控串補技術應用于現代電力系統中，不僅有助于提高電力系統的輸送能力，降低網損，而且還有助于保證潮流分布的均衡性及電力系統的穩定性。

2.2 靜止無功補償裝置(SVC)

首先，靜止無功補償設備工作原理，以靜止無功補償裝置為例，即由電器組與空心電抗器并聯組成，其中通過將空心電抗器與晶閘管串聯，便可以控制晶閘管觸發角達到控制流過空心電抗器電流的目的；其次，靜止無功補償設備關鍵技術，包括可控硅閥組的觸發技術、多目標、多任務SVC綜合控制技術及系統設計與集成技術等；最后，通過將靜止無功補償技術應用于輸電網中，既能夠增加輸電線路的輸電能力，又能夠起到調節電力系統電壓、平衡三相電流的作用。同時，通過將靜止無功補償技術應用于配電網中，既有助于控制與系統的無功交換，增強電力系統的安全穩定性，又有助于降低配網損耗，增強供電質量。

2.3 靜止無功發生器(STATCOM)

首先，靜止無功發生設備構成及工作原理，以靜止無功發生器為例，其實質上是一種平滑可控的動態無功率補償裝置，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，靜止無功發生器關鍵技術，包括基于全控器件閥組的冷卻技術、基于全控器件閥組的觸發技術、基于全控器件閥組的結構設計與制造技術及多目標、多任務靜止無功發生器綜合控制技術等；最后，通過將靜止無功發生器應用于現代電力中，既可實現動態快速連續調節無功輸出，以滿足功率因數補償要求，又能夠發揮超強無功補償作用，以保證較快的響應速度。

2.4 統一潮流控制器（UPFC）

首先，統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一控制電力系統的電壓、阻抗及相角等多方面線路參數，以實現控制有、無功潮流與等效阻抗的目的；其次，統一潮流控制器關鍵技術，包括柔性交流輸電技術、換流技術等；最后，通過將統一潮流控制器應用到現代電力系統中，能夠達到獨立控制輸電線路中有、無功功率的目的，對提高電力系統輸電效率具有積極顯著積極效應。

3 柔性交流輸電技術（FACTS）在現代電力系統中的發展方向與應用保障

3.1 FACTS在現代電力系統中的發展方向

近年來，柔性交流輸電技術在現代電力系統中得到廣泛應用，同時還形成了一大批關于FACTS的裝置，包括靜止無功補償裝置、可控串補裝置及統一潮流控制器等。筆者認為，當前背景下，FACTS應用于現代電力系統中應朝著下述方向發展：

第一，加強FACTS設備控制保護系統共性平臺技術的研究與應用。要求電力部門投入更多的人力、財力及物力資源加強FACTS設備控制保護系統共性平臺技術研究與推廣，充分發揮FACTS設備控制、監視及保護功能；

第二，增強FACTS裝置的試驗能力與驗證能力。為滿足現代電力系統發展需求，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在現代電力系統中的應用保障

（1）政府部門提供政策、資金支持，以保證FACTS在現代電力系統中的廣泛應用；（2）增強FACTS裝置產業化能力，即構建科研體系，加強對電力電子領域的高新技術研究，推動電力電子領域科技型企業更快更穩進入市場，促使FACTS相關設備、技術形成強勁的凝聚力、競爭力，為更好應用于現代電力系統中，提升我國電力行業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裝置及技術的先進性、高效性。同時，FACTS裝置研究部門制定規范的FACTS裝置及技術標準、運行規程，為應用單位提供技術指導，以確保FACTS裝置及技術得到有效應用。

4 結論

柔性交流輸電技術是當前電力系統輸配電技術新的發展方向，直接影響電網規劃建設與運行。國內的部分高校與科研單位通過實證研究發現，國內各地區對FACTS裝置及技術的應用狀況嚴重失衡，即有的地區電力部門的FACTS裝置及技術應用已相當成熟，而有的地區電力部門在FACTS方面的研究仍處于空白狀態。已有大量的實踐證明，FACTS能夠解決現代電網規劃建設及運行過程中的諸多瓶頸問題。

然而，與常規的補償電容器電抗器相比，FACTS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相關裝置及技術的研究，在保證FACTS裝置及技術高效性的前提下，盡可能降低FACTS裝置制造成本及技術應用成本，如此以保證我國現代電力系統高效有序運行，推動我國電力行業可持續發展。

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

[2]王小紅《柔性交流輸電技術》2010年4月

[3]李靖科《柔性交流輸電技術在智能電網中的應用》2011年7月

[4]陳輝祥《柔性交流輸電技術的發展及其應用》2009年5月