浅析柔性交流输电系统在电力系统中的应用

蒋治铜

（四川省电力公司遂宁公司遂宁市泰源电力开发有限总公司 四川 遂宁 614701）

1 柔性交流输电系统的概念

柔性交流输电系统（FACTS）的英文表达为：Flexible Alternative Current Transmission Systems，是综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术。

上世纪80 年代中期， 美国电力科学研究院（EPRI）N.G.Hingorani博士首次提出FACTS 概念：应用大功率、高性能的电力电子元件制成可控的有功或无功电源以及电网的一次设备等，以实现对输电系统的电压、阻抗、相位角、功率、潮流等的灵活控制，将原基本不可控的电网变得可以全面控制，从而大大提高电力系统的灵活性和稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提高。

FACTS 技术，也即技术系统应用技术及其控制器技术，已被国内外一些权威的电力工作者确定为“未来输电系统新时代的三项支持技术之一”。 这三项支持技术指的是：柔性输电技术、先进的控制中心技术和综合自动化技术。

柔性交流输电系统能够增强交流电网的稳定性并降低电力传输的成本。该技术通过为电网提供感应或无功功率从而提高输电质量和效率。 作为世界领先的供应商，西门子的多种柔性交流输电系统已经在全球的多个项目中成功应用。

2 串联补偿的工作机制介绍

串联补偿（SC）串联补偿系统通过提高输电系统的稳定性，从而提高输电系统的输电量。 串联补偿应用包括了定额串联补偿，晶闸管控制型串联补偿TCSC，晶闸管保护型串联补偿TPSC。

在长距离输电线路中，可以使用串联电容器来抵消线路电感的影响。 由于串联电容器与线路电感串联在一起电流相同，电容器的电压滞后电流90 度，电感的电压超前电流90 度，因此电容电压就与电感电压正好反向可以互相抵消。当串联电容器的容抗与线路电感的感抗相等时，线路电感的电压就与电容电压完全抵消，于是电网的输电能力大大提高，电压稳定性也大大提高。

串联补偿技术是随着高电压、长距离输电技术的发展而发展的一种新兴技术。 交流输电线路串联补偿是现代电力电子技术在高电压、大功率领域应用的典范，其中可控串补技术使整个输电线路的参数变成可以动态调节。 串补和可控串补技术可以补偿线路的分布电感，提高系统的静、动态稳定性，改善线路的电压质量、加长送电距离和增大输送能力。目前，串联补偿的主要应用领域是农网配电、高电压长距离输电和电气化铁路供电。

3 静止无功补偿器的工作机制介绍

静止无功补偿器（SVC）是一种采用与输电网络并联以实现动态的感应或无功功率补偿。其主要作用是控制输电线路和系统结点上的电压质量和无功功率。

静止无功补偿器（SVC）于20 上世纪70 年代兴起，现在已经发展的很成熟的FACTS 装置， 其被广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿（电压和无功补偿），在大功率电网中，SVC 被用于电压控制或用于获得其它效益，如提高系统的阻尼和稳定性等；这类装置的典型代表有： 晶闸管控制电抗器 （TCR） 和晶闸管投切电容器（TSC）。

静止同步无功补偿器是目前技术最为先进的无功补偿装置。它不再采用大容量的电容器，电感器来产生所需无功功率，而是通过电力电子器件的高频开关实现对无功补偿技术质的飞跃，特别适用于中高压电力系统中的动态无功补偿。

静止无功补偿器是一种没有旋转部件，快速、平滑可控的动态无功功率补偿装置。 它是将可控的电抗器和电力电容器（固定或分组投切）并联使用。电容器可发出无功功率（容性的），可控电抗器可吸收无功功率（感性的）。 通过对电抗器进行调节，可以使整个装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率（或反向进行），并且响应快速。 静止无功补偿器的电路图。

静止无功补偿器能双向连续、平滑调节；与同步调相机相比，静止无功补偿器没有旋转部件，所以运行维护简单。 同时静止无功补偿器调节速度快，因此具有很大的优越性。它的缺点是本身产生谐波，若不采取措施将污染电力系统，一般有配套的电力滤波器。 为了实现双向连续调节，克服并联电容调节效应的弱点，要求增大补偿容量。

创新的SVC PLUS 是一种最经济的、最节约空间和灵活的无功功率补偿系统，采用箱式结构。 其基于多级环流器技术（VSC），能够提高输电系的可靠性和电能质量。

机械开关电容器（MSC/MSCDN）是稳定状态下控制电压和稳定网络的有效的解决方案。包含阻尼网络功能的MSCDN 是MSC 的升级解决方案，能够使高压系统避免共振现象的发生。

4 柔性交流输电系统的技术特性

柔性交流输电系统的主要决议有如下几点：

①能在较大范围有效地控制潮流；

②线路的输送能力可增大至接近导线的热极限， 例如： 一条500kV 线路的安全送电极限为1000～2000MW， 线路的热极限为3000MW，采用FACTS 技术后，可使输送能力提高50%～100%；

③备用发电机组容量可从典型的18%减少到15%，甚至更少；

④电网和设备故障的危害可得到限制，防止线路串级跳闸，以避免事故扩大；

⑤易阻尼消除电力系统振荡，提高系统的稳定性。

5 结语

我国部分高等院校、电力生产和设计部门及一些电气设备制造厂家都已开始FACTSA 技术方面的规划和研究试制工作。如在静止无功补偿器（SVC）、静止无功发生器（SVG）、统一潮流控制器（UPFC）和可控串联电容补偿器（TCSC）等方面均已有较深入的研究。 具体的研究进展如下： ①国内5 个省电力系统已有5 参加者SVC 在500kV 电网运行，效果良好；②电力部电力科学研究院、东北电业管理局及清华大学等单位合作研制500kV 的TCSC 装置；③清华大学与河南省电力局联合研制我国首台用于220kV 电网的±20Mvar STATCOM (ASVG)，以便提高其控制功率和控制电压能力，并提高其稳定性；哈尔滨工业大学和清华大学正联合进行UPFC 物理模型研究工作。 相信在不久的将来，柔性交流输电系统会在电力系统广泛应用特别是在电力输送方面发挥巨大作用。

［1］谢小荣，姜齐荣.柔性交流输电系统的原理与应用[M].清华大学出版社，2006-09-01.