FACTS在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 蕭

（國網(wǎng)廣安供電公司，四川 廣安 638000）

一、FACTS控制器工作原理分析

（一）TCR

TCR，也被稱作晶閘管控制電抗器，屬于并聯(lián)連接晶閘管控制電感，并且需要通過晶閘管將延遲角導(dǎo)通對電感值進(jìn)行控制來形成有效電感，這樣就可以對電感中的電流進(jìn)行持續(xù)的控制，進(jìn)而有效的改變系統(tǒng)潮流，但是TSR卻需要以全部的導(dǎo)通或者使用截止跳變方法進(jìn)行控制。其中TCR的基本原理如圖1所示。

（二）SSSC

SSSC的工作原理主要是利用與同步補(bǔ)償器進(jìn)行串聯(lián)的方式，不具備外部電源的支撐，并且輸出電壓同線路的電流矢量正交，同時(shí)電流和電壓控制兩者間不存在任何關(guān)系，而是利用對線路阻抗電抗性電壓的增減來對傳輸?shù)墓β蔬M(jìn)行控制，此原理可以通過圖2表示出來。一般來說，SSSC主要有能量吸收設(shè)備與瞬態(tài)額定儲能，并且都可以有效的提高輸電系統(tǒng)動態(tài)的性能。與此同時(shí)，還可以包括電流型變流器與電壓型變流器。通常來講，線路的電壓應(yīng)高于補(bǔ)償器電壓。

（三）STATCOM

STATCOM，即靜止同步補(bǔ)償器，屬于并聯(lián)無功補(bǔ)償?shù)撵o止同步發(fā)電機(jī)，可以與SVC相媲美，但是其實(shí)際的運(yùn)行范圍卻比較廣，并且調(diào)節(jié)的速度比較快。STATCOM的容性與感性輸出電流都能夠不依賴注入點(diǎn)電壓進(jìn)行一定的控制。靜止同步補(bǔ)償器使用的是電壓型的交流器結(jié)構(gòu)，并且無功補(bǔ)償?shù)碾娐穬?nèi)部直流電壓主要是利用內(nèi)部自給的形式進(jìn)行，并按照同步電壓源原理來控制電壓與潮流。STATCOM可以當(dāng)作FACTS控制器中最主要的無功補(bǔ)償裝置，不僅可以是電流型變流器，也可以是電壓型變流器。可以使用圖3來描述STATCOM在線路并聯(lián)中的基本原理，并且也可以將其設(shè)計(jì)成有源濾波器，進(jìn)而對電力系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行吸收。

（四）UPFC

UPFC，即統(tǒng)一潮流控制器，這是比較典型的一種具有綜合性質(zhì)的FACTS設(shè)備，可以實(shí)時(shí)控制并動態(tài)補(bǔ)償交流輸電系統(tǒng)。通常主要包括兩個(gè)背靠背電壓型的變流器來構(gòu)成的，可以通過圖四表示出來。其中，這兩個(gè)交流器需要使用同一直流母線與儲能電容。同時(shí)，有功功率能夠在兩變流器間的直流線路中的任何方向進(jìn)行自由的流動，并且每一個(gè)變流器交流端的出端都可以進(jìn)行獨(dú)立產(chǎn)生與吸收無功的功率。

圖1

圖2

圖3

圖4

從圖4中可以看出，第二個(gè)變流器功能主要是利用串聯(lián)變壓器對線路進(jìn)行幅值與相角可控電壓矢量的注入。第一個(gè)變流器主要是為第二個(gè)變流器進(jìn)行公共直流母線所需有功功率的提供與吸收，進(jìn)而對串聯(lián)注入線路和電壓間的有功功率進(jìn)行有效的支撐。

二、FACTS在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）控制電力系統(tǒng)無功功率與電壓

當(dāng)電力系統(tǒng)中的電壓處于穩(wěn)定的情況下，對電壓穩(wěn)定性起到關(guān)鍵性作用的就是無功功率。電力系統(tǒng)無功功率是在相應(yīng)的電力設(shè)備中，建立并維持磁場，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電磁能量的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而有效的為系統(tǒng)提供相應(yīng)的電壓支撐。一旦無功功率不足，就會使電壓失去自身的穩(wěn)定性，并出現(xiàn)惡性的循環(huán)，使電壓產(chǎn)生崩潰現(xiàn)象。但是，如果系統(tǒng)的無功功率不足，必須要對其采取無功功率補(bǔ)償措施。上面所闡述的SVG與STATCOM，以及UPFC和IPFC靜止無功補(bǔ)償裝置與傳統(tǒng)固定的電容器以及同步調(diào)的相機(jī)補(bǔ)償裝置進(jìn)行對比，很明顯其自身具備靈活、連續(xù)以及更加快速的無功功率補(bǔ)償性能，進(jìn)而可以更好的對電力系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行相應(yīng)的提高。

（二）不斷改善低頻振蕩

如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)較小的擾動或者是故障，就會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電壓和角頻率產(chǎn)生有頻率性的系統(tǒng)振蕩現(xiàn)象。對電力系統(tǒng)的低頻振蕩現(xiàn)象可以采用兩種方法，主要包括安裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、降低有功功率送出。但是，第二種方法明顯不經(jīng)濟(jì)，會直接影響到用戶的使用。然而，第一種方法還可能使電力系統(tǒng)中的其他裝置產(chǎn)生不利的影響，進(jìn)而對系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。所以，可以適當(dāng)?shù)募友bFACTS控制器，這種方法不僅能夠電網(wǎng)低頻振蕩的現(xiàn)象進(jìn)行合理的改善，同時(shí)還能夠根據(jù)實(shí)時(shí)的動態(tài)控制電力系統(tǒng)，使其能夠更穩(wěn)定的運(yùn)行。

（三）有效提高暫態(tài)的穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題主要就是其受到擾動后不同發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行狀況問題。產(chǎn)生上述問題的主要原因就是短路故障、電力系統(tǒng)元器件投切以及負(fù)荷突變變等。在一般情況下，F(xiàn)ACTS控制器可以在電網(wǎng)即將發(fā)生故障的時(shí)候及時(shí)的為其提供快速響應(yīng)，并對潮流進(jìn)行動態(tài)控制，使電力系統(tǒng)暫態(tài)的穩(wěn)定性得以提高。

三、柔性交流輸電系統(tǒng)優(yōu)勢

FACTS可以對電力系統(tǒng)潮流分布進(jìn)行控制，并且范圍較大，而且能夠有效的增加系統(tǒng)傳輸?shù)娜萘俊３酥猓軌驅(qū)﹄娋W(wǎng)故障造成的危害進(jìn)行合理的控制，有效的避免安全事故的發(fā)生。針對故障能夠縮短響應(yīng)時(shí)間，并可以更好的消除系統(tǒng)中的振蕩，不斷提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性能。

結(jié)語

綜上所述，文章對FACTS控制器的基本原理進(jìn)行了分析，并闡述了在電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。通過對FACTS控制器的了解與掌握發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ACTS控制器能夠?qū)﹄娋W(wǎng)出現(xiàn)的問題進(jìn)行有效的解決，并且可以對潮流、電壓與無功補(bǔ)償進(jìn)行連續(xù)、靈活并且快速的控制。能夠有效的減少電網(wǎng)中存在的環(huán)流，在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面起著重要的作用。與此同時(shí)，在保證電網(wǎng)安全并經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的情況下，可以預(yù)測到，F(xiàn)ACTS技術(shù)會在未來的發(fā)展中更加重要，并在電力系統(tǒng)中的作用越來越明顯。

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[2]李海琛，董萍，劉明波，等.基于線性化模型的含F(xiàn)ACTS 裝置的電力系統(tǒng)相對增益矩陣求解及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（04）：76-82.