淺談柔性交流輸電技術

呂建鑫

摘 要：柔性交流輸電系統（FACTS）是一種靈活且可控的新技術，可提高輸電系統的穩定性和傳輸容量。本文簡要介紹了柔性交流輸電技術的產生背景及其基本概念，概述了四種常見的FACTS裝置及其對電力系統的作用。

關鍵詞：柔性交流輸電系統；晶閘管控制串聯電容器；靜止無功補償器；靜止無功發生器；統一潮流控制器

現代電力系統已經發生了巨大地變化，變得越來越復雜，其特征主要為：大機組、超高壓、遠距離、跨區互聯等。對于如此復雜的電力系統，傳統的機械裝置的控制效果較差，原因在于其響應速度太慢。然而，柔性交流輸電系統（Flexible AC Transmission System，英文縮寫為：FACTS）是以電力電子技術為核心的裝置，具有很好的靈活性，可以提高輸電系統的穩定性。

1 FACTS產生背景

在1986年，EPRI專家N.G. Hingorani第一次提出了FACTS技術。FACTS技術是指安裝了電力電子型控制器的輸電系統，FACTS控制器中應用了大功率電力電子技術，快速調節了交流輸電網的運行參數（如電壓、相角、阻抗等）。FACTS的出現，是現代電力系統的標志，也是電力系統最重大的技術變革之一。

FACTS技術已經逐漸被大家所熟知，其產生背景可以概述如下：

（1）由于傳統的交流電力系統的可控性較差；

（2）在保證電力系統安全可靠的同時，可以提高輸電能力；

（3）由于資金短缺、環境限制等原因，建設新的輸電線路日益困難；

（4）由于高壓直流輸電的快速發展促使FACTS技術產生。

2 FACTS的基本概念

FACTS技術是可以靈活地控制輸電系統的一項新的技術，其中包含了幾種技術，有：電力電子技術、微電子技術、通信技術等。

FACTS概念從提出直至現在，一直受到廣泛地關注。早在1997年，IEEE工作組就公布了FACTS的定義，FACTS定義為：它是一種裝有電力電子型或其他靜止型控制器交流輸電系統，其可以加強控制器的可控性，并且可以增強功率傳輸能力[ 1 ]。

FACTS裝置可以給電力系統帶來如下好處：

（1）可以按照需要調整系統的潮流；

（2）可避免新建輸電線路；

（3）能提高電力系統穩定性，包括：電壓穩定性、暫態穩定性、靜態穩定性；

3 FACTS裝置分類

根據聯接的方式，FACTS裝置可以分為三大類，即串聯型、并聯型以及混聯型，其分類見表1。下面詳細介紹幾種常見的FACTS裝置。

3.1 晶閘管控制串聯電容器（TCSC）

晶閘管控制串聯電容器（Thyristor Controlled Series Capacitor，英文簡稱為：TCSC）是第一代串聯型的FACTS裝置。TCSC利用晶閘管控制電容器，其功能為：能在較大范圍內連續且平滑地調節線路的阻抗，以此來達到對線路的動態補償效果。對比于機械控制的電容補償器，TCSC可以改善電壓水平，有效地降低網損，抑制低頻振蕩，改善電力系統的暫態穩定性能。由于TCSC的結構簡單，有較高的性能價格比。因此，它是目前實際應用最多，前景最看好的一種串聯型FACTS裝置。

3.2 靜止無功補償器（SVC）

靜止無功補償裝置（Static Var Compenssator，英文簡稱為：SVC）被認定為現代電力系統中一種重要的并聯型FACTS裝置之一，它可以從電網吸收無功功率，也可以向電網輸送無功功率，可以控制其裝設地點的電壓；同時在調節過程中，其輸出阻抗可以不斷地變化，還可以改善功角穩定性。SVC的類型主要有：晶閘管控制電抗器（TCR）型、晶閘管投切電容器（TSC）型、晶閘管投切電抗器（TSR）型、晶閘管控制高阻抗變壓器（TCT）型、自飽和電抗器（SR）型等[ 2 ]。其中，TCR型SVC是應用最廣泛的一種SVC裝置，其優勢為：反應時間快、運行可靠。近年來，由于可控硅器件技術越來越完善，使得SVC在電力系統中達到了廣泛應用。

3.3 靜止無功發生器（STATCOM）

靜止同步補償器（Static Synchronous Compensator，英文簡稱為：STATCOM）是一種比SVC更先進的并聯型靜止無功調節裝置，它可以吸收感性無功，也可以發出感性無功。

與SVC相比，STATCOM具有以下優點：

（a）應用數字控制技術，提高了控制的實時性和可靠性；

（b）控制靈活性好，調節范圍廣，響應速度快；

（c）噪聲小，損耗小，使得裝置的壽命得以提高；

（d）連接電抗較小，電容容量比較小。

目前，我國南方電網已經有STATCOM的實際應用案例，該STATCOM基于電壓源逆變器，其容量為±200 Mvar[ 3 ]。

3.4 統一潮流控制器（UPFC）

1991年，L.Gyugyi等人提出了統一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，英文簡稱：UPFC）的概念，它是第三代FACTS裝置。UPFC是一種混聯型FACTS裝置，由SSSC和STATCOM兩種裝置組成。由于UPFC的功能強大，因此它被認定為最有創造性的FACTS裝置。UPFC是一種可控型裝置，其不改變裝置結構，僅改變控制規律，調節系統的基本參數，從而對系統的潮流進行控制[ 4 ]。

對比以上三種裝置，UPFC幾乎可以處理全部的潮流控制。UPFC通過對串聯電壓和并聯電流的控制，來快速調整線路的有功功率，維持電力系統的穩定性，阻尼功率振蕩。

4 總結

柔性交流輸電技術給電力系統的發展帶來了巨大的經濟效益，并且可以提高輸電系統的穩定性和傳輸容量。在本文中，首先，簡要介紹了柔性交流輸電技術的產生背景；其次，介紹了FACTS的基本概念；最后，分別簡述了TCSC、SVC、STATCOM、UPFC這四種常見的FACTS裝置及其對電力系統的作用。

參考文獻：

[1] 謝小榮，姜齊榮.柔性交流輸電系統的原理與應用[M].北京：清華大學出版社，2006.

[2] 李春華，黃偉雄，袁志昌，等.南方電網±200 Mvar鏈式STATCOM系統控制策略[J].電力系統自動化，2013，37（3）：116-121.

[3] 劉思，徐永海，王金浩，等.靜止無功補償器容量確定及補償性能改善方法研究[J].電測與儀表，2013，50（9）：1-5.

[4] 馬凡.統一潮流控制器動態特性及相關控制策略研究[D].華中科技大學，2007.