浅谈柔性交流输电技术在电力系统中的应用

浅谈柔性交流输电技术在电力系统中的应用

杨世挺

（国网菏泽供电公司274000）

摘要：在电力行业不断发展的过程中，输电建设对电力系统的稳定程度提出了更高的要求，新建电厂的飞速发展提高了电力市场竞争的激烈程度，解决长距离运输下电力系统的限制性问题迫在眉睫。为此，本文分析了柔性交流输电技术（以下简称FACTS技术）的概念和发展历程，以及该技术在电力系统中的应用。

关键词：柔性交流；输电技术；电力系统

FACTS技术自提出后，经过了多方面的改革与创新，融合了微处理技术、自动化控制技术、电子技术，其稳定性得到了幅度的提高，因此，被广泛应用在电力系统中，减少了输电线路的功率损耗，实现了对电力资源输送系统的控制，降低了输电的成本，具有实际的经济意义和节能环保作用。

1.FACTS技术的概念

上世纪80年代末，美国一位电力研究学首次提出了FACTS技术这一概念，即由具有大功率和高性能的电子元件组成的可控电源及其先相关设备，通过此技术来灵活控制电力系统的电压、电阻、功率、相位角等，转变传统的基本不可控制电力系统管理模式，进而提高供电系统的稳定性和灵活性，提高输电线路的电力运输能力。如今，FACTS技术已经被国内外的一些电力专家认定为未来输电时代的核心技术，应用了该技术的企业应走在了电力行业发展的前列，西门子作为电力行业中的领先企业，已经将该技术普遍应用在了全球的多个电力项目中。

2.FACTS技术发展历程

2.1SVC系统

在早期的输电系统中，晶闸管经常被应用在电容器和电抗器的开关结构中，来控制电力系统的动态电压，例如，串联式电容器的应用，是通过电阻器之间的串联功能来实现对线路抗阻的控制，进而提高供电系统的稳定性。

2.2STATCOM系统

在SVC系统的基础上，技术人员在电力系统中应用了可关断设备，进而实现了对整体电力系统的控制，替换了传统控制体系中的电容器和电抗器，在降低了供电系统运行成本的同时，提高了供电系统的整体性能。

2.3UPFC系统

在FACTS技术不断发展的形势下，技术人员将两台以上的控制设备连接在一起，将静止的STATCOM系统与串联补偿器相结合，形成了能够综合潮流控制电力系统的UPFC系统，让工作人员在控制输电线路的同时，还能控制来自于电压的有功潮流和无功潮流，提高了电力系统中双回路线路的稳定性和安全性[1]。

3.FACTS技术在电力系统中的应用

3.1静止无功补偿器

静止无功补偿器的主要构成元件是晶闸管组成的电容器电抗器，在具体的应用过程中，该设备可以与断路器配合使用，实现对电力系统中连续调节无功功率的动态式补偿，进而使其基本电压保持在持续不变的状态。在此需要注意的是，无功输出功率和补偿电压要呈平方正比关系，这代表了当电力系统的电压有所下降时，其补偿作用也会出现相应的下降。另外，静止无功补偿器是电压控制的典型代表，能够弱化电力系统的功率震荡特征，因此，被广泛的应用在电力系统的电压控制中。

3.2静止无功发生器

静止无功发生器的主要构成元件是电力半导体，以此来实现吸收无功功率的目的，属于动态补偿装置的一种。该设备主要由直流和交流两个环节组成，电力系统中的交流电经过设备的加工和处理可以被转换为直流电，并储存在储能器中；同时，直流电可以通过该设备转换成为交流电输送到输电系统中。并且，静止无功发生器采用的是自换式变流器，可以实现对补偿器内电压的基本控制，进而改变无功电流的相位和大小。静止无功发生其器的基本结构比较复杂，包括了变流器、断路器、电压互感器、保护电路、控制器、检测电路等。

3.3统一潮流控制器

统一潮流控制器是最早利用晶闸管来控制电力系统功率的设备，具有并联补偿、移动相位、串联补偿等多种功能，以此来提高输电线路的稳定性，其结构由两组电源变换器组成，通过此结构，该设备能够实现在电力系统中的双向流通，并且通过各自的独立段来吸收有功功率。此设备的工作原理是：耦合变压器经过相位调节后能够具备控制电力系统功率的能力，并实现对系统潮流的控制。作为一种综合性较强的网络控制系统，统一潮流控制器的控制范围更加广泛，其控制方式灵活度较高，融合了多种新型的补偿技术，使其成为了现阶段性能比较良好的补偿器之一，但这种设备也存在一定的缺陷，即投资和使用的成本较高，这成为了限制其发展的主要因素[2]。

3.4有源电力滤波器

有源电力滤波器由全面控制型电子元件构成，采用的是基于PWM控制体系下的变流设备，进而提供与补偿电流极性相反的电流，以此来抑制有害电流在电力系统中的传播与发展。此设备适当借助了电路结构控制技术，实现了谐波补偿、无功功率补偿、不对称补偿、电压差补偿等多种补偿方式，或者是上述任意两种补偿方式的组合。

按照负载连接方式来划分的话，可以将有源电力滤波器划分为并联式和串联式两种，并联式有源电力滤波器的控制系统主要由检测电路、电流控制电路、驱动电路组成，此系统结合有源电力滤波器的控制目标，检测补偿对象输出的电压及电流，总结出系统所需要的参考信号。串联式有源电力滤波器是针对用户端电压畸变现象所设计的一种专有设备，主要由双极晶体管等各种类型的晶体管组成，其工作原理为：在控制电力系统的电压后，计算电压的畸变量和需要补偿的无功电压量，由此设备中的速度器形成与畸变电压大小相等的电压，进而提高电能的质量。另外，利用有源电力滤波器得出的功率是符号相反的无功功率，因此，可以起到改善功率因数的作用。

3.5电抗控制系统

电抗控制系统主要包含串联电容补偿器、硅控制移相器、综合控制系统。

串联电容补偿器是在新型的可控制技术的基础上发展起来的，能够在电力系统中形成连续电抗，进而补偿和控制电网，该设备的操作方式简单，运行速度较快，运行系统比较平稳，因此，被广泛应用在电力系统的电抗控制中。

硅控制移相器能够进行动态式的移相角，改善电网的振动特征，大幅度提高了控制器的相应速度，延长了设备的动作调节周期，在电力系统发生故障的情况下，还能延长其暂态过程。

综合控制系统将串联补充、并联补偿等功能整合在了一起，实现了对电力控制系统的优化和改良，但是该系统并不是单纯的功能叠加，而是在结合电网需求的前提下，及时补偿无功功率，从多角度实现对电力系统的控制。

总结

总之，FACTS技术在不改变电力系统基本结构的前提下，提高了供电系统的输送能力和电压的控制程度，减少了互相连接电力系统的备用容量，实现了电力行业质的飞跃，提高了电力系统所带来的经济效益，目前，此技术及其相关设备，已经被广泛的应用在了电力系统中。

参考文献

[1]魏中夏.柔性交流输电技术(FACTS)在现代电力系统中的应用展望[J].电子测试,2015,16:283-284.

[2]王辉,李宇豪,杨振.仿真技术在柔性交流输电系统教学中的应用[J].山西电子技术,2016,05:33-35.