柔性交流输电技术（FACTS）在现代电力系统中的应用展望

魏中夏

（北京理工大学,100081）

0 引言

新经济时代背景下，社会经济及科学技术均飞速发展，以此使得传统电力系统弊端日益突出，具体主要表现为：（1）电网损耗大、电网效率与效益不高；（2）大负荷中心动态电压支持不足，电网电压不稳定；（3）常规性电能无法满足敏感性负荷的需求；（4）电网运行安全隐患较多等，此形势下则需引进一种先进的交流输电技术，以解决上述问题为我国现代电力系统高效有序运行提供保障。

实践表明，柔性交流输电技术便是解决上述问题的有效手段，具体体现在：一方面，柔性交流输电技术系统的控制器具有快速，平滑调节的特点，并且可以快速改变输电系统的潮流分布，能够有效地降低环流和振荡对电网的干扰。随着柔性交流输电技术不断创新和发展，环流和振荡逐渐被消除，输电线路的运行条件从而被优化；另一方面，依托于柔性交流输电技术能够将常规交流电柔性化，增强输电容量，保障供电稳定性。

1 柔性交流输电技术（FACTS）概述

1.1 FACTS的定义

柔性交流输电技术又称之为灵活交流输电技术，英文简称为FACTS，N.G.Hingorani最早提出“柔性交流输电”这一概念，并认为“柔性交流输电指的是依托于电力电子型控制器提高电力传输能力的交流输电系统。”之后于20世纪80年代末，美国电力研究院又对其进行重新定义：“基于电力电子技术与控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相位实施灵活快速调节的一种交流输电技术”。

1.2 FACTS工作原理

柔性交流输电技术是集通信技术、电力电子技术、控制技术及微电子技术于一体的一种新型综合技术。其中柔性交流输电技术中涉及到的“柔性”实质上是指对电压电流的可控性，即将现代智能技术应用于高压输变电线路系统中，真正意义上实现对系统功率、电压及相对角的有效控制，从而增强输配电系统的运行性、安全性、可控性。

1.3 FACTS的应用现状

1.3.1 国内FACTS技术应用现状

（1）自“十一五”规划提出以来，我国在电力系统方面投入大量的人力、财力及物力资源用于研究和推广SVC，在诸多研究者的共同努力下，截止当前，我国已将SVC技术成功应用于电力系统中，并对提升输变电系统的高电压等级，提高输电线路输送能力发挥了重要作用。

（2）目前，我国已形成多种关于FACTS技术设备，如静止无功发生器、电网短路电流限制器、可控串联补偿器、可控高抗及综合潮流控制器等。然而受多方面原因的影响，以致上述多种关于FACTS技术设备未能够有效应用于现代电力系统中。除此之外，还有诸多关于FACTS技术设备仍处于理论研究阶段，有待进一步加强工程实用化技术研究。

1.3.2 国外FACTS技术应用现状

（1）基于传统半控型器件的FACTS技术。截止当前，国外相当一部分国家基于传统半控型器件的FACTS技术已较成熟，以SVC装置为例，即SVC装置补充容量以高于1000MVar，并实现在电压为765kV电力系统的应用。同时，国外应用SVC装置不仅抑制了次同步谐振，而且还较大程度上提高了送电容量，大大推动国外电力行业的发展。

（2）基于可关断器件的FACTS技术。除基于传统半控型器件的FACTS技术之外，基于可关断器件的FACTS技术在国外同样已成熟应用，以STATCOM装置为例，首个STATCOM装置由美国与日本共同研制生产。自此以来，国家其它各国纷纷参与到STATCOM装置研究行列中，为STATCOM装置的发展及STATCOM技术的成熟提供了动力，为输电系统的发展奠定了坚实的基础。

2 柔性交流输电技术（FACTS）设备关键技术工作原理

2.1 可控串补(TCSC)

首先，可控串补设备的组成，以可控串补装置为例，即由阻尼装置、串联电容器组、控制保护装置、可控硅阀组及氧化锌非线性电阻等部分共同构成；其次，可控串补设备关键技术，包括高压平台上阀组制造与集成技术、串补系统各元件的保护原理与技术、光供电的电子式互感器技术及高压平台上的阀组触发、冷却、监视技术等；最后，通过将可控串补技术应用于现代电力系统中，不仅有助于提高电力系统的输送能力，降低网损，而且还有助于保证潮流分布的均衡性及电力系统的稳定性。

2.2 静止无功补偿装置(SVC)

首先，静止无功补偿设备工作原理，以静止无功补偿装置为例，即由电器组与空心电抗器并联组成，其中通过将空心电抗器与晶闸管串联，便可以控制晶闸管触发角达到控制流过空心电抗器电流的目的；其次，静止无功补偿设备关键技术，包括可控硅阀组的触发技术、多目标、多任务SVC综合控制技术及系统设计与集成技术等；最后，通过将静止无功补偿技术应用于输电网中，既能够增加输电线路的输电能力，又能够起到调节电力系统电压、平衡三相电流的作用。同时，通过将静止无功补偿技术应用于配电网中，既有助于控制与系统的无功交换，增强电力系统的安全稳定性，又有助于降低配网损耗，增强供电质量。

2.3 静止无功发生器(STATCOM)

首先，静止无功发生设备构成及工作原理，以静止无功发生器为例，其实质上是一种平滑可控的动态无功率补偿装置，该项装置依托于全控器件的电压源型逆变器完成无功的吸收与发出。其中当前静止无功补偿器具有三种类型，包括可控饱和电抗器型、自饱和电抗器型及相控电抗器型。其次，静止无功发生器关键技术，包括基于全控器件阀组的冷却技术、基于全控器件阀组的触发技术、基于全控器件阀组的结构设计与制造技术及多目标、多任务静止无功发生器综合控制技术等；最后，通过将静止无功发生器应用于现代电力中，既可实现动态快速连续调节无功输出，以满足功率因数补偿要求，又能够发挥超强无功补偿作用，以保证较快的响应速度。

2.4 统一潮流控制器（UPFC）

首先，统一潮流控制器的工作原理，依托于FACTS装置，采取多种有效方法统一控制电力系统的电压、阻抗及相角等多方面线路参数，以实现控制有、无功潮流与等效阻抗的目的；其次，统一潮流控制器关键技术，包括柔性交流输电技术、换流技术等；最后，通过将统一潮流控制器应用到现代电力系统中，能够达到独立控制输电线路中有、无功功率的目的，对提高电力系统输电效率具有积极显著积极效应。

3 柔性交流输电技术（FACTS）在现代电力系统中的发展方向与应用保障

3.1 FACTS在现代电力系统中的发展方向

近年来，柔性交流输电技术在现代电力系统中得到广泛应用，同时还形成了一大批关于FACTS的装置，包括静止无功补偿装置、可控串补装置及统一潮流控制器等。笔者认为，当前背景下，FACTS应用于现代电力系统中应朝着下述方向发展：

第一，加强FACTS设备控制保护系统共性平台技术的研究与应用。要求电力部门投入更多的人力、财力及物力资源加强FACTS设备控制保护系统共性平台技术研究与推广，充分发挥FACTS设备控制、监视及保护功能；

第二，增强FACTS装置的试验能力与验证能力。为满足现代电力系统发展需求，要求电力部门置于SVC、TCSC晶闸管阀全面试验能力之上进一步加强对FACTS装置的试验与验证效能研究，不断提升FACTS装置的试验能力与验证能力。

3.2 FACTS在现代电力系统中的应用保障

（1）政府部门提供政策、资金支持，以保证FACTS在现代电力系统中的广泛应用；（2）增强FACTS装置产业化能力，即构建科研体系，加强对电力电子领域的高新技术研究，推动电力电子领域科技型企业更快更稳进入市场，促使FACTS相关设备、技术形成强劲的凝聚力、竞争力，为更好应用于现代电力系统中，提升我国电力行业国际市场竞争力提供保障；（3）为FACTS装置推广应用营造良好条件。FACTS装置研制部门应加强对FACTS装置及技术的宣传与推广，采取多种有效手段让更多电力组织认识到FACTS装置及技术的先进性、高效性。同时，FACTS装置研究部门制定规范的FACTS装置及技术标准、运行规程，为应用单位提供技术指导，以确保FACTS装置及技术得到有效应用。

4 结论

柔性交流输电技术是当前电力系统输配电技术新的发展方向，直接影响电网规划建设与运行。国内的部分高校与科研单位通过实证研究发现，国内各地区对FACTS装置及技术的应用状况严重失衡，即有的地区电力部门的FACTS装置及技术应用已相当成熟，而有的地区电力部门在FACTS方面的研究仍处于空白状态。已有大量的实践证明，FACTS能够解决现代电网规划建设及运行过程中的诸多瓶颈问题。

然而，与常规的补偿电容器电抗器相比，FACTS装置制造流程较复杂且成本较高。使即使借助电容器及电抗器的SVC与TCSC，也未能够达到预期成本目标。所以这就要求各电力部门仍需加大对FACTS相关装置及技术的研究，在保证FACTS装置及技术高效性的前提下，尽可能降低FACTS装置制造成本及技术应用成本，如此以保证我国现代电力系统高效有序运行，推动我国电力行业可持续发展。

[1]金涛、汪涛、罗维《柔性交流输电技术在智能电网中的应用》2010年12月

[2]王小红《柔性交流输电技术》2010年4月

[3]李靖科《柔性交流输电技术在智能电网中的应用》2011年7月

[4]陈辉祥《柔性交流输电技术的发展及其应用》2009年5月