研究灵活交流输电系统(FACTS)控制技术

研究灵活交流输电系统(FACTS)控制技术

摘要：随着国民经济的不断发展，社会对电力的需求越来越大，对电网的安全可靠性要求也越来越高。近年来出现的一项新技术，FACTS以其特有的大功率、高速、精确连续的控制技术，大幅度提高系统的稳定性和可靠性。

关键词：灵活 交流输电系统 问题 作用

随着国民经济的不断发展，社会对电力的需求越来越大，对电网的安全可靠性要求也越来越高，保证电网稳定、安全运行是电网发展中要解决的重点，这就迫切需要一种灵活可靠的潮流控制技术，控制线路潮流的自然分布，以满足电网“充足、可靠、优质、经济”地供电。

灵活交流输电系统(FACTS)是近年来出现的一项新技术，FACTS以其特有的大功率、高速、精确连续的控制技术，通过改变高压输电网的参数(相角、电压、线路阻抗)及网络结构对输电线路的潮流进行直接控制，代替了传统的机械、电子和电磁的控制手段，使交流输电系统的功率有高度的可控性，降低系统网损和发电成本，大幅度提高系统的稳定性和可靠性。

一、现代电力系统面临的问题

随着电力系统的迅速发展，现代电力系统正面临一系列新的矛盾和问题，面临前所未有的挑战。

（1）随着电力系统不断扩大，电网短路电流水平迅速提高，现有的断路器难以满足急

剧增大的断流容量的要求，载流导体及各类电气设备也无法满足不断提高的动稳定和热稳定等方面的要求，只能被迫更换运行中不满足要求的大量电气设备。

（2）随着电力工业的发展，电网结构日益复杂，新的控制手段和控制设备不断涌现，发电厂的单机容量不断增大，电力系统的新问题亦不断出现，系统的安全运行管理难度愈来愈大。近年来，国内外由于电力系统稳定破坏而发生多次大面积停电事故，甚至系统瓦解事故也时有发生，给国民经济造成极大损害，社会生活受到很大影响。目前尚缺乏适应现代化大型电力系统需求的有效调控手段。

（3）在现代交流输电系统中，虽然计算机技术已经得到了广泛应用，但是就其控制手段来讲，仍然是机械式的。无论是发电机的调速器、断路器、传统的有载调压器还是移相器，在控制的终端，任务最后落实于机械动作上。例如，在电网潮流控制中，曾采用纵向、横向或混合型调压变压器加以控制，然而无论是调整速度还是调控能力均不能满足现代电力系统的需求。在许多场合，特别是对于电力系统的稳定控制，速度往往是成败的关键。机械惯性限制了机械式控制动作速度的提高，严重阻碍了在事故处理及系统稳定控制中的应用，而且机械动作可靠性差、器件寿命短。因此，目前采用的机械式控制已无法满足现代电力系统的要求，亟需响应快且可靠性高的控制技术。

（4）随着电力系统的迅速发展，各大区域电网之间的互联必将要不断加强。由于电网管理体制改革而形成的多方办电格式和各区域电网不同的一次能源结构(水、火电比重)，特别是水电站因季节或气候原因而引起的运行方式的大幅度变化，如何确定各子系统的储备容量，如何解决远距离输电系统的稳定问题，将是我国未来多区域互联电力系统面临的重要问题。

二、FACTS技术的优点及作用

在交流输电系统中采用FACTS技术具有以下优点:

a.系统控制灵活。与机械型控制器不同， FACTS设备的操作因无机械磨损，理论上可无限次操作，即一天内的操作次数无限制，这就大大地提高了系统控制的灵活性。

b.系统控制快速。机械型控制器的操作控制往往需一分钟到几分钟的时间，而FACTS设备操作控制仅需毫秒级的时间即可完成，这就极大地提高了系统的暂态稳定性。

c.系统参数调节方便。采用FACTS设备对影响输电系统输电能力和稳定的电压、功角及阻抗参数既可断续调节，也可连续调节。

d.易实现整个系统的高度自动化。借助现代通讯网络和计算机系统，可实现全网的实时网络控制，中心调度人员可实时控制任意线路的功率流向和大小，充分发挥现有系统的潜力。

FACTS技术对交流输电系统的主要作用有以下几个方面:

a.潮流控制，可有效地控制输电网潮流流向，实现潮流按规定输电路径分布。

b.提高现有输电系统的输电能力、可靠性和供电质量，可使输电系统的安全运行能力接近热极限。

c.增强各地区网之间的功率交换能力，备用容量相互融通，从而可减少系统热备用容量(对美国电网可从18%减小到15%或更小)。

d.实现事故限制，防止连锁性事故扩大，减少事故恢复时间及停电损失。

e.抑制系统的低频振荡和次同步振荡。

f.节省输电线路建设的投资，如美国230kV～765kV输电线路的每英里平均造价为30万美元，而改用FACTS装置的费用仅为线路的10%。

三、FACTS技术简介

（1）FACTS定义

灵活交流输电系统(flexible A Ctransmissio:，system，缩写为FACTS)是指“应用电力电子技术及其它静态控制器，增加系统可控性与提高输电容量的交流输电系统”。由此可知，现代电力电子元器件及半导体的发展是FACTS技术进步的结构基础。FACTS技术能够实现对交流系统的电抗、无功、相角等参数的快速调节，可以提高对整个系统的控制能力。能够充分利用电力输电系统现有资源，并保证其灵活性高于现有交流输电系统。作为未来输电系统新时代的三相支撑技术(先进的控制中心、FAC件技术和综合自动化技术)之一的FFACTS技术是各国电力界研究的热点。

（2）FACTS元器件

从早期的SVC(静止无功补偿器)到后来较成熟的UPFC(统一潮流控制器FAC飞元器)，件在自身的发展和元器件的组合及多样化方面的发展极为迅速。表1列举了几种常用FAC巧元器件的名称和性能。

表1 FACTS常用的元器件名称及其性能

参考文献：

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