靈活交流輸電技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢

引言
　　
　　靈活交流輸電(FACTS)技術(shù)是現代電力電子技術(shù)與傳統的潮流控制相結合的產(chǎn)物。它采用可靠性高的大功率可控硅元件代替機械式高壓開(kāi)關(guān)，使電力系統中影響潮流分布的三個(gè)主要電氣參數(電壓、線(xiàn)路阻抗及功率角)可按照系統的需要迅速調整，以期實(shí)現輸送功率的合理分配，電壓的合理控制，降低功率損耗和發(fā)電成本，大幅度提高系統穩定性，可靠性。此項技術(shù)是實(shí)現電力系統安全經(jīng)濟、綜合控制的重要手段。
　　FACTS技術(shù)一經(jīng)提出立即受到各國電力工作者的高度重視，國內外一些權威人士已經(jīng)將靈活交流輸電、綜合自動(dòng)化和EMS技術(shù)一起預測將其確定為“未來(lái)輸電系統新時(shí)代的三項支撐技術(shù)”。美國、日本等發(fā)達國家，以及我國都投入了大量的人力和物力對此進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，很多裝置已經(jīng)投入了實(shí)際運行，在電力系統中發(fā)揮著(zhù)重要的作用。
　　
　　FACTS中的控制器
　　
　　1、靜止無(wú)功補償器SVC
　　靜止無(wú)功補償器的典型代表是晶閘管投切的電容器(TSC)，和晶閘管控制的電抗器(TCR)。實(shí)際應用中，將TCR與并聯(lián)電容器配合使用，根據投切電容器的元件不同，可分為T(mén)CR與固定電容器配合使用的靜止無(wú)功補償器，和TCR與斷路器投切電容器配合使用的補償器，以及TCR與TSC配合使用的無(wú)功補償器。這些組合而成的SVC的重要特性是它能連續調節補償裝置的無(wú)功功率，進(jìn)行動(dòng)態(tài)補償，使補償點(diǎn)的電壓接近維持不變，但SVC只能補償系統的電壓，其無(wú)功輸出與補償點(diǎn)節點(diǎn)電壓的平方成正比，當電壓降低時(shí)其補償作用會(huì )減弱。SVC的主要作用是電壓控制，采用適當的控制方式后，SVC也可以有阻尼系統功率振蕩和增加穩定性等作用。目前，SVC技術(shù)已經(jīng)比較成熟，國外從60年代就已經(jīng)開(kāi)始應用SVC，七十年代末開(kāi)始用于輸電系統的電壓控制，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，不僅將靜止無(wú)功補償器，用于輸電系統的電壓控制，也用于配電系統的補償和控制，還可用于電力終端用戶(hù)的無(wú)功補償一電壓控制。
　　
　　2、靜止同步補償器STATCOM
　　靜止同步補償器也可以稱(chēng)為ASVG——有源靜止無(wú)功發(fā)生器。它的基本原理是將自換相橋式電路直接或者通過(guò)電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)上，適當調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，就可以使該電路吸收或發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現動(dòng)態(tài)無(wú)功補償。ASVG根據直流側采用的電容和電感兩種不同的儲能元件，可以分為電壓型和電流型。它可以通過(guò)控制其容性或感性電流，與系統交換無(wú)功，在任何系統電壓的情況下，都能輸出額定的無(wú)功功率，與SVC相比，在系統故障的情況下靜止同步補償器維持系統電壓，提高系統暫態(tài)穩定性和抑制系統振蕩的作用較明顯；近二十幾年，靜止同步補償器受到了國內外專(zhuān)家學(xué)者的普遍重視，日本從1980年研制出第一臺20Mvar的強迫自換相的橋式ASVG，1991年又投入了一臺±80Mvar的ASVG成功地運行在154kV的輸電線(xiàn)路上，而美國于1995年投入了一臺±100Mvar的ASVG。我國清華大學(xué)和河南電力局共同研制成功了一臺±20Mvar的靜止無(wú)功補償器，并于1999年在河南洛陽(yáng)朝陽(yáng)變電所投入運行。
　　
　　3、并聯(lián)蓄能系統
　　并聯(lián)蓄能裝置包括蓄電池蓄能系統(BESS)和超導磁能存儲器(SMES)等，是采用并聯(lián)式電壓源換流器的能量存儲系統，其換流器可通過(guò)快速調節向交流系統供給或吸收電能。將SMES用于兩機系統的頻率控制，可以有效地抑制兩系統之間的頻率偏移。也可將SMES與靜止移相器相結合用于互聯(lián)系統負荷頻率控制。但這種超導儲能裝置不但技術(shù)要求高，而且在目前的條件下投資費用比較昂貴，大量投入系統運行還存在一定的困難

4、晶閘管控制的串聯(lián)電容器TCSC
　　晶閘管控制的串聯(lián)電容器的模塊主要由串聯(lián)電容和含有電抗、晶閘管開(kāi)關(guān)的并聯(lián)回路組成，通過(guò)可控硅控制可以靈活、連續地改變補償容量，達到快速響應的效果。TCSC在改善電力系統性能方面有很多優(yōu)點(diǎn)，將TCSC用于高壓輸電系統，可發(fā)揮現有系統的潛力，提高功率傳輸極限，靈活地調節系統潮流，增加系統阻尼作用，是保證超高壓電網(wǎng)安全穩定運行的重要措施。
　　TCSC與其它FACTS裝置相比，潮流控制功能比較簡(jiǎn)單，受到了GE、ABB和Siemens等大公司的關(guān)注和重視。在美國有三處已經(jīng)安裝了TCSC，并且運行良好，瑞典、巴西等國家也相繼將TCSC投入實(shí)際運行。我國在伊敏電廠(chǎng)至齊齊哈爾地區的馮屯變電站的雙回輸電線(xiàn)上采用串聯(lián)補償技術(shù)。
　　
　　5、靜止同步串聯(lián)補償器SSSC
　　靜止同步串聯(lián)補償器是以DC/AC逆變器為基本結構，它的基本原理是向線(xiàn)路注入一個(gè)與電壓相差90的可控電壓，以快速控制線(xiàn)路的有效阻抗、從而進(jìn)行有效地系統控制。它在系統中的作用有些類(lèi)似于TCSC，但是，它控制潮流的能力遠大于單方向減少線(xiàn)路阻抗功能的TCSC控制器，并且諧波含量小。
　　
　　6、晶閘管控制的移相變壓器TCPST
　　晶閘管控制的移相變壓器是利用可控硅開(kāi)關(guān)控制移相角度從而改變線(xiàn)路兩側的移相角來(lái)控制潮流的大小或方向。移相器的發(fā)展比較早，早在三十年代第一臺移相器已經(jīng)在美國投入運行，隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，70年代開(kāi)始各國電力專(zhuān)家將晶閘管與移相器相結合開(kāi)始進(jìn)行晶閘管控制的移相器TCPST的研究。經(jīng)研究表明TCPST具有提高聯(lián)絡(luò )線(xiàn)傳輸潮流，抑制小干擾，提高系統穩定性，阻尼功率振蕩，母線(xiàn)電壓控制，規約聯(lián)絡(luò )線(xiàn)潮流等功能，晶閘管控制的移相器的控制速度快，相角階梯可以很小，甚至達到無(wú)級調節，但晶閘管控制的移相器有一個(gè)缺點(diǎn)，它本身需要消耗無(wú)功功率，運行中一般需要與無(wú)功補償裝置聯(lián)合使用，并且諧波的含量較高，因此對電能質(zhì)量有一定的影響。
　　
　　7、可轉換式靜止補償器CSC
　　可轉換式靜止補償器是近兩年推出的FACTS控制器的一種新產(chǎn)品，它實(shí)際上是將基于同步變流器的串并聯(lián)補償器技術(shù)，通過(guò)在結構上實(shí)現柔性化，使其可以更加靈活地應對不斷變化的電力系統要求。CSC是由2臺電壓源換流器、一個(gè)與輸電線(xiàn)并聯(lián)的變壓器和2個(gè)串聯(lián)的變壓器組成。通過(guò)開(kāi)關(guān)的轉換實(shí)現補償器的不同運行工作狀態(tài)，根據控制目標的不同，CSC可以提供靜止同步無(wú)功補償器，靜止同步串聯(lián)無(wú)功補償器、統一潮流控制器和線(xiàn)間潮流控制器4種基本控制方式。
　　
　　8、統一潮流控制器UPFC
　　UPFC的概念是由美國西屋科技中心的L.Gyugyi于1992年首次推出的，統一潮流控制器是一種從原有潮流控制裝置的基礎上發(fā)展而來(lái)的新型潮流控制裝置，它由一個(gè)并聯(lián)的換流器和一個(gè)串聯(lián)的換流器通過(guò)公共側的電容耦合而成，僅僅通過(guò)控制量的變化就可以分別實(shí)現并聯(lián)補償、串聯(lián)補償或移相器的功能，也可以將三者的功能結合使用。通過(guò)不同控制策略的設計，UPFC不但可以用于控制母線(xiàn)電壓。線(xiàn)路潮流、提高系統動(dòng)態(tài)和暫態(tài)穩定性，抑制系統振蕩，而且可以快速地轉換工作狀態(tài)以適應系統的緊急狀態(tài)的需要。它被認為是FACTS家族中最有代表性、功能最強大和技術(shù)最復雜的成員。
　　
　　結論
　　
　　隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種開(kāi)關(guān)器件應用到FACTS控制器作為開(kāi)關(guān)可以延長(cháng)器件的使用壽命，提高經(jīng)濟效益。FACTS技術(shù)的應用可以使互聯(lián)電網(wǎng)之間互為備用，減少冷熱備用容量，對影響潮流分布的系統參數進(jìn)行靈活控制，控制聯(lián)絡(luò )線(xiàn)上的傳輸功率，使潮流流向指定的線(xiàn)路，改善系統中的潮流分布，減少大電網(wǎng)中的環(huán)流，改善系統的動(dòng)態(tài)穩定性，保證輸電線(xiàn)上傳輸的功率可以接近熱穩定極限，但又能滿(mǎn)足安全經(jīng)濟運行的要求。