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灵活交流输电技术(FACTS)的现状与展望

黄江波1,2,俞集辉1

(1.重庆大学??电气工程学院,重庆??沙坪坝??400044;2.长江师范学院??物理学及电子信息工程系,重庆??涪陵??408003)

[摘要]介绍了灵活交流输电技术(FACTS)的概念,阐述了FACTS在提高电能质量和系统稳定性中的功能,进一步研究了FACTS需要解决的技术难题,分析了FACTS在电力系统的发展状况和应用前景.

[关键词]灵活交流输电;控制器;保护装置;主电路方案;先进控制技术

现在,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.针对电网的特点以及电力市场发展可能出现的“输电阻塞”等问题,我国制定了“西电东送、南北互供、全国联网”的电网发展战略,以推进跨区输电、跨区联网.因此,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交流控制技术,实现电网的“充足、可靠、优质、经济”供电和运行.

灵活交流输电系统(FlexibleACTransmissionSystem,FACTS)是现代电力电子技术和电力系统的阻抗控制元件、功角控制元件及电压控制元件(如串补电容、并联电容、电抗、移相器、电气制动电阻

等)相结合的产物,也是现代控制技术、计算机技术、通信技术取得巨大进展的结果.该系统是一种全新的交流输电概念,是“未来输电系统新时代的三项支撑技术(灵活交流输电系统、先进的控制中心、

综合自动化技术)之一”,或是“现代电力系统中的三项具有变革性影响的前沿性课题(灵活交流输电系统、智能控制、基于全球卫星定位系统(GPS)的新一代动态安全分析与监测系统)之一[1,2].

1FACTS技术发展现状

1.1FACTS器件

目前已获得成功应用的组合装置有:可控串联补偿(ThyristorControllerSeriesCompensator,TCSC)、静止同步串联补偿(StaticSynchronousSeriesCompensator,SSSC)、静止同步并联补偿器(StaticSynchronousCompensator,STATCOM)、统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC)、可转换的静止补偿器(ConvertibleStaticCompensator,CSC)、电压源转换器(VoltageSourceConverter,VSC)、可控移项器(ThyristorControlledPhase,TCPR)、超导储能系统(SuperconductingMagneticEnergyStorage，SMES)、控制串联电抗器(ThyristorControllerSeriesRegulator,TCSR)等.这些装置同微处理器的速度和精度一起运作,为电网提供了前所未有的控制,能够高效利用电网资源和电能,预示着电网控制的未来[3,4].

1.2FACTS技术的应用

FACTS技术的发展及应用,美国一直走在世界前列.1982年,美国在BPA公司的500kV变电站中投运了一台8.4MW、最大功率10MW的超导磁能存储系统(SEME),消除低频振荡,效果良好.1986年10月,由美国EPRI和西屋公司研制的??1Mvar静止无功补偿(STATCOM)投入运行,这是世界上首台采用大功率GTO作为逆变器元件的静止

统调度员的操作,保证系统安全、稳定、可靠地运行,具有技术方面的价值;同时,输电能力也具有市场信号的作用,能指导市场参与

者的各种商业行为,使系统在满足安全性和可靠性的前提下,最大限度地满足电力市场各方的要求,从而形成市场化的竞争机制,打破垄断经营.

3FACTS需要解决的问题

3.1控制器的设计[5]

大多数FACTS设备是作为一种快速可控的电气元件(或参数),通过串联或(和)并联的方式组合成多种控制元器件.电力系统中,影响潮流分布的3个主要的电气参数——线电压、线路阻抗和功率角——可以得到迅速的调节,从而实现“灵活输电”.但FACTS设备能否在电力系统中充分发挥其调节潮流、增强稳定、提高电网传输能力等方面的作用,关键是其控制器的设计水平.

3.1.1??控制器的外环设计

在电力系统中,从宏观上讲,FACTS设备常常被当作一个可控电气元件,再给定该元件的指令值.比如,TCSC或SVC的等效阻抗给定、STATCOM的输出无功电流给定等.此控制环节即是FACTS控制