柔性交流输电（FACTS）技术综述

2020-11-02翟伟君

装备维修技术 2020年38期

翟伟君

摘要：本文介绍了柔性交流输电技术及其目前应用情况，对其局限性和存在问题进行分析并指出发展前景。

關键词：柔性交流输电技术;FACTS

1 柔性交流输电技术介绍

柔性交流输电技术（FACTS：Flexible Alternative Current Transmission System）也称灵活交流输电技术，这个概念是由美国电力学者N.G Hingorani于1986年首次提出的^[1]。FACTS概念提出以后曾经有过一定的争议，主要分歧是FACTS技术是否包括高压直流输电（HVDC）^[2]。1994年在CIGRE会议上，FACTS概念的创始人N.G Hingorani先生明确指出：“为了避免任何混淆，作为FACTS概念的创始者，我给它定义为：除了直流输电以外的所有将电力电子技术用于输电的实际应用技术。”^[3]IEEE对FACTS的定义是：采用电力电子设备和其它静态控制器来提高系统可控性和功率输送能力的交流输电系统。1996年在CIGRE会议上，N.G Hingorani先生再次给FACTS进行定义：简单地说，FACTS的概念就是在现有输电系统的基础上，利用电力电子技术或其它静态控制器来加强系统可控性和增加功率输送能力的一种技术。我国的电力专家何大愚先生经过大量的研究分析与总结，也给FACTS下了一个比较精确的定义：FACTS是除了HVDC之外的所有安装应用于电力系统各环节中的且作用于交流输电系统的各种电力电子控制器及其协调组合进行控制的技术^[4]。

柔性交流输电系统（FACTS）“应用电力电子技术的最新发展成就以及现代控制技术实现对交流输电系统参数以至网络结构的灵活快速控制，以期实现输送功率的合理分配，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统稳定性、可靠性”。此项技术己进入“成型期”，被专家预测为“现代电力系统中三项具有变革性的前沿课题之一”，也是实现电力系统安全、经济、综合控制的重要手段^[3，5]。

2 FACTS研究的数学模型

在电力系统稳定研究中，FACTS元件中用晶闸管电路实现的开关控制部分通常用一个惯性环节来模拟（时间常数在1Oms～5Oms之间），其主回路的代数模型按作用机理可分为以下四类^[6]：

1）阻抗模型：例如，将静止无功补偿器（SVC）模拟成一个可变电导，将可控串联补偿（TCSC）模拟成一个可变电抗;

2）移相器模型：可将由晶闸管控制的移相器（TCPS）模拟成一个移相角可变的移相变压器;

3）无功电流源模型：可将静止无功发生器（ASVG）模拟成注入节点的无功电流源;

4）电压源模型：电压源模型适合于模拟统一潮流控制器（（UPFC）。

3 FACTS的局限性和存在的问题

（1）FACTS控制器的造价

FACTS控制器的结构、功能等各异，造价一也不一。像已有的SVC或Station的造价基本还可为电力公司所接受，但串联型的TCSC或正在研制的综合潮流控制器（UPFC）的造价则高得多。

（2）“升流”能力有局限性

FACTS控制器的功能的确较好，但超高压长距离重载线路的其他约束条件（如线损、压降、弧垂、事故后影响等）能否允许这样输送还是一个未知数，尤其是它的可靠性。所以起码在FACTS初期发展的这10余年内，其输送能力只允许提高到一定水平，而很难应用它达到热极限而取代下一级输电电压。

3）FACTS对现有研究和试验工具提出了新要求

为了适应FACTS应用的研究，所有成熟的电力系统分析软件包（包括运行分析程序包、规划程序软件、EMTP等）和各种试验工具（动态模型、数字仿真试验室、交直流输电模型等）都需要补充FACTS控制器的附加模型和相应算法或子程序。并能适应其动态动作的要求。

4）需预防FACTS控制器与电力设备及其他控制器之间的不良作用

日前的FACTS控制器大多仍属于晶闸管控制型的。它必然会产生高次谐波甚至谐波谐振等类问题。FACTS控制器之间，FACTS控制器与按分散控制理论设计的己有快速控制器之间，FACTS控制器与常规机械操作型控制器之间，各种装置的相互管制或相互作用必须认真研究。国外对这些快速动作装置的协调控制或分层控制的方法作了探讨，也提出了一些建议但还只是初步的工作。

5）FACTS控制器对一些辅助性支持技术将提出新要求

当FACTS应用较普遍时，其对新的支持技术的需要，如高分辨率的时间系统、相角值的远方传送和测量等，将逐渐显现出来。更为重要的是，作用的快速性和准确性将对计算或启动条件等所需参数的准确性提出新的要求。

6）切换用的电力电子断路器（SSCB）近期内难以实现

输电线的切换操作和事故快速断开、重开等开关设备是提高输电线和输电网可控性能的重要器件，它的电力电子化的意义重大。但是，SSCB和TCSC（可控串联补偿）相比，SSCB的高压和断流部件还有很长的一段路程要走，这与技术上和造价上的困难是密切相关的。

4 FACTS技术的发展前景

鉴于FACTS的广泛发展前景及它对未来输电技术发展、电力建设和运行可能产生的重大影响，美国、日本、巴西以及德国、瑞典、意大利、英国等欧洲一些发达国家已投入大量的资金和人力对此进行研究和开发，包括对现行电网的评估、硬件设备开发及FACTS 装置在各电力公司的协调配置等，并已取得了许多可喜成果。

由于FACTS所具有的优越性，加之大功率电力电子器件的造价日趋降低，目前世界上许多国家，都在积极开展FACTS设备制造或应用的研究。

未来，FACTS技术将向更高性能、设备和系统设计更加紧凑化的方向发展。在今后的电力系统发展中，FACTS 技术必将迎来更加快速发展的新阶段，为未来联网输电技术、电力建设和生产运行做出重要贡献。

参考文献

[1]N.G Hingorani，et al. Network access and the future of power transmission.EPRI Journal.1986，April-May：45～52

[2]邢士辉.柔性交流输电技术的现状及未来[J].电力建设，2005，26（8）：21-23

[3]李亮.多机电力系统中FACTS控制器间交互影响研究[D].浙江：浙江大学