浅议FACTS协调控制研究进展与展望

唐婧璇

【摘要】FACTS的英文表达是Flexible Alternative Current Transmission Systems，即柔性交流输电系统，其能够在较大的范围有效的控制潮流。近年来，国内外的研究专家提出了许多的有关FACTS协调控制的方法，将其划分为：线性控制方法、非线性控制方法、智能控制方法三个种类，研究FACTS的协调控制能够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。本文主要研究FACTS协调控制的进展，同时，对FACTS的展望进行分析。

【关键词】柔性交流输电系统；灵活交流输电；广域测量系统

FACTS的英文表达是Flexible Alternative Current Transmission Systems，即柔性交流输电系统，它作为“现代电力系统中三项具有变革性的前沿技术之一”，能够在较大的范围内有效地控制潮流，提高运行的稳定性和经济性。FACTS是二十世纪八十年代中期由美国电力科学研究院（EPRI）N.G.Hingorani博士首次提出的概念，使用较大功能频率、较高效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[1]，用来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，因此，研究FACTS的协调控制尤其现实意义。

一、FACTS交互作用概述

利用FACTS安装的机器设备，通常有两个以上的输出量和输入量，有时候单独的输入量会对整个流程的输出量产生作用，或者很多个输入量一起对输出量产生作用。这种影响系统或控制器的交互作用若是被忽略，则会降低控制效果，甚至会危及系统的正常运行。在电力系统中，为实现FACTS的最大效果，将装置安装在系统的关键处，会产生较大的作用和影响范围，因此设备各部分之间不可避免的会出现负交互作用。

电力系统的负交互作用经常发生在电力系统的平稳机器之间，随着FACTS的研究深入，近些年，出现了很多关于FACTS控制器直接负交互作用的案例。比如：静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM的直流和交流电压控制回路之间存在负交互作用，将会致使两者结合运行不流畅，出现机器损坏，严重时可导致系统失稳；统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller， UPFC）是现阶段FACTS中使用广泛且最有效果的控制器，它综合了各种FACTS器件控制手段，能够同时实现对所安装地点的有功、无功潮流及节点电压的调节，但通过实验研究表明，两个以上的UPFC控制器或者一个UPFC和一个TCSC在控制回路之间可能存在负交互影响，从而破坏系统稳定性。多个在电气上互相关联的同一种柔性交流输电控制，它们之间的交互影响会给各个控制器的设计带来困难，而不同柔性交流输电系统装置之间不同的控制功能也存在交互影响问题且最为复杂。同时FACTS系统同电力系统中的其他各种控制器也会产生交互作用，例如：FACTS系统和电力系统稳定器（Power System Stabilizer，PSS）、自动化的电压调控机器（Automatic Voltage Regulator，AVR）的交互作用等。这些负交互作用已经引起了社会各方的广泛关注。

近年来，随着柔性交流输电系统的不断发展，对FACTS装置交互影响研究也在不断深入，该项研究一开始便得到重视并被大力发展，我国是从二十一世纪前期才开始出现的[2]。目前，在FACTS技术中使用的研究方法主要有：相对增益矩阵方法、基于特征根的模态分析、规范形方法、奇异值分解法、NI方法、右半平面零点法等方法。经过研究分析，以及对其中一些方法进行总结，能够发现这些FACTS的方法虽然各具優势但也存在不足。因此，在FACTS交互影响机理研究方面仍然需要更深层次的扩大范围进行分析探究，通过FACTS装置的协调控制消除负面影响，从而获得一种普遍使用、能够反映FACTS体系稳定性的绝对定量的分析方法。

二、FACTS协调控制进展与展望

依据整个FACTS体系理论，大范围相互联系体系的构成决定FACTS控制方式应具有分布性和协作性。分布性需要每个相互联系单个系统的设计相对独立；协作性需要这些控制各个系统在全局利益的基础上协调各自的控制目标和控制策略。协调控制在电力系统中已得到广泛研究和应用，比如：直流调制功能协调、交直流混联系统协调、多馈入直流系统协调等。这些研究内容为FACTS的协调控制设置了发展和研究的方向。现阶段，世界上在研究电力系统控制器交互影响的分析方法和协调控制方面取得了很多经验和成果。

在过去研究电力体系控制的过程中，由于信息技术发展比较滞后，为了实现电力系统的控制，实行的解决方式就需要具有针对性，即在系统的不同位置实行相应的方法。但是电力体系具有整体性，不能将其分散研究，因为以前的针对性解决措施是分散的，没有融合在完整地体系中，所以，控制的效果就不是很明显，需要完善整体数据，来提高全网的稳定性。近些年来，在电力系统控制中应用WAMS技术收效显著，展示了良好的应用前景。因此，为实现大电网优化稳定控制，在开展FACTS协调控制研究时，应从一开始就重视结合WAMS的应用。

现阶段，我国在关于FACTS协调控制的研究中已经得到了很多经验和技术支持[3]，但还是存在一些弊端，目前国内外所有关于ACTS协调控制的方式有两点不足之处：①一些研究措施只具有理论性，没有实际可行性，并且也没有被证明，特别是综合性的多种类ACTS协调控制的计算方法，增强了其困难系数，涉及的数据参数较多，无法确定具体的工作数量；②在对计算方法进行检验时，一般使用单个系统进行模拟过程，因此，能否符合复杂系统标准的其他情形都需要被重视，并进行严格的分析确认。

同时，还需要进行的工作有：①FACTS新型装置建立模型方面的技术需要研究进行完善；②重视FACTS和风力电力新型资源的相互结合，以及在较高电压电网和多种反馈机制直流体系中的协调特点[4]；③分析新情况下的FACTS的交互影响以及相关协调控制器的设计方法、物理实现和性能试验；④寻找合适的数学工具和控制理论，提出适合电力系统应用的时滞分析方法。⑤WAMS承载的数据需求已经非常重，应考虑优化所需数据量。因此，需要加强对FACTS协调控制的研究。

结束语

综上所述，本文主要从两个方面来研究FACTS协调控制的进展与展望，阐述了FACTS的交互作用。FACTS是将电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术相结合而组成的用于灵活快速控制交流输电的新技术。随着社会经济的发展，FACTS的应用越来越广泛，对FACTS的研究也更加深入，增强FACTS的协调控制，能够有效降低交互影响，增强系统运行稳定性。

参考文献

[1]曹一家，陶佳，王光增等.FACTS控制器间交互影响及协调控制研究进展[J].电力系统及其自动化学报，2008，20（1）.

[2]高磊，刘玉田，汤涌等.基于多FACTS的网侧阻尼协调控制量化指标研究[J].中国电机工程学报，2014，（31）.

[3]彭飞进，陈金富，戴堂云等.FACTS元件的动态特性分析[J].电力自动化设备，2000，（5）.

[4]高磊，刘玉田，汤涌等.提升系统阻尼的多STATCOM阻尼控制器协调控制研究[J].中国电机工程学报，2013，（25）.