柔性交流輸電技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用探討

趙曉斌

柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）在電網(wǎng)系統(tǒng)中的深入研究和應(yīng)用，有效改善了電網(wǎng)的運(yùn)行工況和供電質(zhì)量，在很大程度上大力推進(jìn)了智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng) FACTS柔性交流輸電技術(shù) 控制器

柔性交流輸電技術(shù)就是采用電力電子設(shè)備裝置，對電力系統(tǒng)中的電壓、電流等特征分量按需進(jìn)行動態(tài)控制，以提高輸配電系統(tǒng)電能調(diào)控分配的可靠性、在控性和運(yùn)行工況性能。通過合理的電力電子設(shè)備裝置控制，有效提高輸配電系統(tǒng)的電能輸送控制質(zhì)量水平，并獲取大量節(jié)電效益。FACTS設(shè)備裝置同電力系統(tǒng)進(jìn)行合理并聯(lián)，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)電壓和無功功率進(jìn)行動態(tài)調(diào)控；FACTS設(shè)備裝置同電力系統(tǒng)進(jìn)行合理串聯(lián)，則可以實現(xiàn)對系統(tǒng)電流和潮流進(jìn)行控制。

1 FACTS技術(shù)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用研究的重要性

新電力市場環(huán)境中，客戶除了對供電電能功率、容量提出新的要求外，對電能質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等均提出更高的要求。系統(tǒng)中越來越多的自由潮流不僅會給電網(wǎng)調(diào)度增加更大的壓力，同時其還會引起電網(wǎng)損耗的不斷增多。功率倒流、功率繞送、長距離輸電等，均會引起電網(wǎng)電壓發(fā)生波動，直接影響到電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性；系統(tǒng)環(huán)流的頻繁發(fā)生，引起電網(wǎng)三相不平衡率增大，引起電網(wǎng)波動和線損增加。因此，在輸變電網(wǎng)絡(luò)中合理運(yùn)用以FACTS調(diào)控裝置為核心的柔性交流輸電技術(shù)，通過控制裝置對電網(wǎng)運(yùn)行工況狀態(tài)的動態(tài)分析，及時進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào)控保護(hù)，對系統(tǒng)多變運(yùn)行工況和復(fù)雜潮流進(jìn)行智能化、靈活化調(diào)控保護(hù)，以實現(xiàn)對電能資源的全面優(yōu)化配置和合理調(diào)節(jié)，確保輸變電系統(tǒng)安全可靠、靈活穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

2 柔性交流輸電技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1 SVC靜止無功補(bǔ)償調(diào)控裝置

SVC是輸變電系統(tǒng)中廣泛采用的電壓調(diào)控和無功功率補(bǔ)償及吸收的FACTS控制器[3]。SVC裝置按照其控制電力電子元器件的不同，電網(wǎng)中應(yīng)用主要分為TCR晶閘管控制容性無功補(bǔ)償電抗器、TSR晶閘管投切容性無功補(bǔ)償電抗器、TSC晶閘管投切感性無功補(bǔ)償電容器等。輸變電系統(tǒng)為了實現(xiàn)無功功率的連續(xù)動態(tài)可靠調(diào)控，通常將容性無功補(bǔ)償電抗器和感性無功補(bǔ)償電容器兩者結(jié)合起來運(yùn)用，工程中采用的組合方式為：TCR+TSC +FC（固定電容器）、TCR+TSC、TCR+FC。通過在電網(wǎng)系統(tǒng)中合理位置設(shè)置容量適當(dāng)?shù)腟VC無功補(bǔ)償調(diào)控裝置，可以有助于控制分布式負(fù)荷與電網(wǎng)系統(tǒng)間無功交換，有效增強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，降低線損。

2.2 SVG靜止無功發(fā)生裝置

SVG調(diào)控裝置經(jīng)內(nèi)部自換相的半導(dǎo)體橋式交流器合理切換來完成無功功率的發(fā)生和吸收控制，實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)無功功率的按需動態(tài)補(bǔ)償。SVG無功發(fā)生裝置，其內(nèi)部主要包括交流環(huán)節(jié)和直流環(huán)節(jié)兩個功能單元，交流環(huán)節(jié)功能單元與系統(tǒng)補(bǔ)償相相連接。SVG裝置通過對電網(wǎng)系統(tǒng)實時運(yùn)行工況狀態(tài)的動態(tài)檢測，并結(jié)合內(nèi)部電路的轉(zhuǎn)換，完成對電網(wǎng)系統(tǒng)無功功率的平滑可控動態(tài)調(diào)控。

2.3 UPFC統(tǒng)一潮流控制裝置

按照變化器的接線方式的不同，UPFC統(tǒng)一潮流控制器主要由并聯(lián)變化器和串聯(lián)變化器兩個功能單元組成，其中并聯(lián)變換器可以看成是SVG靜止無功發(fā)生補(bǔ)償裝置，而串聯(lián)變化器則可以看成是SSSC靜止同步串聯(lián)無功補(bǔ)償器。兩個變換器其直流端均與同一組電容器互聯(lián)，進(jìn)而形成“背靠背”的連接結(jié)構(gòu)，這樣兩個變換器其交流端可以看成是理想的“交-交變換器”，這樣系統(tǒng)有功功率就可以在兩個變換器間進(jìn)行雙向流通，即可實現(xiàn)在交流端吸收和發(fā)出有功功率，完成對電網(wǎng)系統(tǒng)的實時調(diào)節(jié)控制。UPFC統(tǒng)一潮流控制裝置，其并聯(lián)和串聯(lián)直流部分均可以獨立產(chǎn)生或吸收無功功率，通過并聯(lián)變化器和串聯(lián)變化器間的無功功率差值，可以實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)接入點的動態(tài)無功補(bǔ)償。UPFC統(tǒng)一潮流控制裝置，通過2個變化器耦合接入到電網(wǎng)系統(tǒng)中，主要應(yīng)用在220kV及以上電壓等級的電網(wǎng)系統(tǒng)中，進(jìn)行動態(tài)的電網(wǎng)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)控制。

2.4 APF有源電力濾波器

利用電力電子PWM全控調(diào)整脈沖占空，提供與電網(wǎng)系統(tǒng)補(bǔ)償相應(yīng)的大小相等、極性相反的電流或電壓分量，以達(dá)到抑制電網(wǎng)系統(tǒng)中負(fù)載在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的有害電流或電壓分量，避免高次諧波等分量進(jìn)入電網(wǎng)系統(tǒng)中污染電網(wǎng)，達(dá)到綜合主動補(bǔ)償目的。有源濾波可以根據(jù)電路結(jié)構(gòu)和電力電子控制技術(shù)，按照電網(wǎng)運(yùn)行特性實現(xiàn)高次諧波補(bǔ)償、基波正序無功補(bǔ)償、三相不平衡補(bǔ)償、長距離線路電壓差補(bǔ)償?shù)裙δ埽铱梢愿鶕?jù)工程實踐應(yīng)用需求采取上述多種補(bǔ)償組合方式。利用電阻、電感、電容等電力電子元器件與有源濾波器并聯(lián)，有效抑制高次諧波分量，并補(bǔ)償負(fù)載端的無功功率分量，改善電網(wǎng)供電電能質(zhì)量，提高供電公司供電服務(wù)水平。

2.5 PQC（PQM）電壓質(zhì)量調(diào)整（制）器

對于一些精密加工企業(yè)或質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)較高的高新產(chǎn)品，其在生產(chǎn)制造過程中對電能質(zhì)量和供電安全可靠性要求非常高。通過PQC（PQM）電壓質(zhì)量調(diào)整（制）器的合理使用，可以根據(jù)配電網(wǎng)運(yùn)行工況快速補(bǔ)償電壓中突變（突降、突升）、閃變等問題，同時可以經(jīng)內(nèi)部分析運(yùn)算自動調(diào)節(jié)供電系統(tǒng)中存在的三相不平衡、故障時短期電壓中斷等問題。目前，工程中常用的是以IGBT絕緣柵雙極型晶體管為核心的PWM換流器，串并聯(lián)接入電網(wǎng)系統(tǒng)中，具有雙向補(bǔ)償?shù)墓δ埽乐拐Ｘ?fù)荷波動和非正常負(fù)荷的干擾影響。

3 結(jié)束語

隨著電網(wǎng)系統(tǒng)中柔性交流輸電技術(shù)FACTS應(yīng)用的不斷深入和優(yōu)化，為現(xiàn)代大量分布式新能源接入電網(wǎng)引起的潮流變化和電能損耗問題而發(fā)生的波動的解決，提供了重要方法和技術(shù)手段，確保電網(wǎng)安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行。在工程實踐應(yīng)用中，合理采取積極有效的FACTS柔性交流輸電技術(shù)和設(shè)備裝置，可以大大改善電網(wǎng)系統(tǒng)的供電和用電質(zhì)量水平，在智能電網(wǎng)中發(fā)揮非常良好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

[1]周承啟，郭捷.智能電網(wǎng)中面向服務(wù)的智能柔性交流輸電系統(tǒng)[J].廣東電力，2010（04）：21-24.

[2]姚堯，邱昊，陳柏超等.一種新型統(tǒng)一潮流控制器[J].電力系統(tǒng)自動化，2008：78-82.

[3]易永亮，黎勇.柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）概述[J].貴州電力技術(shù)，2008：71-72.

作者單位

華北電力大學(xué)學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院 北京市 100206endprint