摘 要：根據(jù)世界上柔性交流輸電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，對其特點和功能進(jìn)行了詳細(xì)的論述和分類，從多方面敘述了它的先進(jìn)性、可用性和重要意義，最后介紹了該項技術(shù)在世界上的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：柔性交流輸電技術(shù)；有功潮流；無功潮流；潮流控制；穩(wěn)定性

柔性交流輸電技術(shù)(flexible alternative current transmission systems，F(xiàn)ACTS)是將電力電子技術(shù)、微處理機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)等高新技術(shù)集中應(yīng)用于高壓輸變電系統(tǒng)，以提高輸配電系統(tǒng)可靠性、可控性、運(yùn)行性能和電能質(zhì)量并獲取大量節(jié)電效益的一種新型綜合技術(shù)。早期受電力電子設(shè)備發(fā)展的限制，使FACTS技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行可靠性方面優(yōu)勢不明顯。隨著大功率高電壓電力電子技術(shù)、微處理機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)在近十幾年的高速發(fā)展和日益成熟穩(wěn)定，F(xiàn)ACTS技術(shù)可靠性有了大大的提高，造價也不斷降低，使直接對高電壓大功率的輸電系統(tǒng)進(jìn)行可靠和快速控制已成為可能，而與電力電子元器件配套的驅(qū)動回路、保護(hù)和冷卻等輔助技術(shù)也日趨完善，使FACTS技術(shù)逐步進(jìn)入了實用階段。

1FACTS 技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀
柔性交流輸電系統(tǒng)的概念是由美國電力科學(xué)研究院N. G. Hingorani博士于1988年首先提出的，在此以前出現(xiàn)的靜止無功補(bǔ)償設(shè)備(static var compensator, SVC)也屬于此范籌。1997年IEEE PES冬季會議上正式對FACTS做了定義。從早期出現(xiàn)的SVC開始，F(xiàn)ACTS技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了20多年。按其性能和功能的不同可劃分為以下三代，而是否含有常規(guī)電力器件(電容器和電抗器，抽頭，抽頭變壓器等)可以說是FACTS技術(shù)發(fā)展的分界線。
a) 第一代FACTS技術(shù)
從20多年前就出現(xiàn)的SVC開始，主要由晶閘管開關(guān)快速控制的電容器和電抗器組成的裝置，以提供動態(tài)電壓支持，其技術(shù)基礎(chǔ)是常規(guī)晶閘管整流器(semiconductor controlled rectifier,SCR)，后來出現(xiàn)的第一代FACTS裝置是晶閘管控制的串聯(lián)電容器(thyristorcontrolled series compensator,TCSC)，它利用SCR控制串接在輸電線路中的電容器組來控制線路阻抗，從而提高輸送能力。
b) 第二代FACTS 技術(shù)
這一代裝置同樣具有支持電壓和控制功率等功能，但在外部回路中不需要加設(shè)大型的電力設(shè)備(指電容器和電抗器組或移相變壓器等)。這些新裝置如靜止無功發(fā)生器(static compensator，STATCOM)和串聯(lián)補(bǔ)償器(solidstate series compensator, SSSC)設(shè)備采用了門極可關(guān)斷設(shè)備(gate turn off thristor, GTO；insulated gate bipolar transistor, IGBT)等一類全控型器件，起電子回路模擬出電容器和電抗器組的作用,
裝置造價大大降低，性能卻明顯提高。
c) 第三代FACTS 技術(shù)
將兩臺或多臺控制器復(fù)合成一組FACTS裝置，并使其具有一個共同的、統(tǒng)一的控制系統(tǒng)。如將一臺STATCOM和一臺SSSC復(fù)合而成的綜合潮流控制器(unified power flowcontroller，UPFC)，它可以控制線路阻抗，電壓或功角的方法同時控制輸電線路的有功和無功潮流。調(diào)節(jié)雙回路潮流的線間潮流控制器(interphase power flow controller, IFPC)和可控移相器(thyristorcontrolled phase angle regulator, TCPR)都屬于復(fù)合控制器。
FACTS技術(shù)用于配電領(lǐng)域也取得了顯著進(jìn)展， 它主要用于改善配電網(wǎng)的電壓和電流質(zhì)量，包括有功、無功電壓、電流的控制、高次諧波的消除，蓄能等應(yīng)用。目前已開發(fā)的裝置有SVC、配電靜止補(bǔ)償器(DSTATCOM)、電池蓄能器(BESS)、超導(dǎo)蓄能(SMES)、有源電力濾波器(APF)、動態(tài)電壓限制器(DVL)及固態(tài)斷路器(SSCB)等。在此，主要介紹輸電用的FACTS技術(shù)。
2FACTS技術(shù)的分類及其技術(shù)原理
FACTS技術(shù)按其接入系統(tǒng)方式可分為并聯(lián)型，串聯(lián)型和綜合型。并聯(lián)型FACTS設(shè)備包括SVC和STATCOM(SVG)，主要用于電壓控制和無功潮流控制；串聯(lián)型FACTS包括可控串補(bǔ)(TCSC)和基于GTO的串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)，主要用于輸電線路的有功潮流控制、系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定和抑制系統(tǒng)功率振蕩；綜合型FACTS設(shè)備主要包括潮流控制器(UPFC)和可控移相器(TCPR)，UPFC適用于電壓控制、有功和無功潮流控制、暫態(tài)穩(wěn)定和抑制系統(tǒng)功率振蕩，TCPR適用于系統(tǒng)的有功潮流控制和抑制系統(tǒng)功率振蕩。各種類型設(shè)備的技術(shù)原理介紹如下：
2.1并聯(lián)型FACTS裝置
典型的并聯(lián)型FACTS裝置是SVC和STATCOM，它們代表了FACTS技術(shù)發(fā)展的兩個階段：
SVC是指由固定電容器組、晶閘管控制的電容器組(TSC)和電抗器組(TCR)組合成的無功補(bǔ)償系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)TCR和TSC，使整個裝置無功輸出呈連續(xù)變化，靜態(tài)和動態(tài)地使電壓保持在一定范圍內(nèi)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但由于這種設(shè)備在電網(wǎng)電壓的波動超出一定范圍時表現(xiàn)出恒阻抗特性，因而在電網(wǎng)電壓波動大時不能充分發(fā)揮其作用。
STATCOM主回路主要是由大功率電力電子器件(如門極可關(guān)斷晶閘管GTO)組成的電壓型逆變器和并聯(lián)直流電容器構(gòu)成，是與傳統(tǒng)SVC原理完全不同的無功補(bǔ)償系統(tǒng)。這種裝置脫離了以往無功功率概念的約束，不采用常規(guī)電容器和電抗器來實現(xiàn)無功補(bǔ)償，而是利用逆變器產(chǎn)生無功功率。它所輸出的三相交流電壓V0通過變壓器與系統(tǒng)電壓Vs同步，并通過控制V0來調(diào)節(jié)無功功率的輸出，當(dāng)V0＞Vs時，輸出容性無功功率；當(dāng)V0＜Vs時，輸
出感性無功功率，因此，設(shè)備無功功率的大小都由它輸出的電流來調(diào)整，而其輸出的電流與系統(tǒng)電壓基本無關(guān)，這些功能、原理上類似于同步調(diào)相機(jī)，但它是完全的靜態(tài)裝置，因此STATCOM又稱為靜止調(diào)相器，它的動態(tài)性能遠(yuǎn)優(yōu)于同步調(diào)相機(jī)，啟動無沖擊，調(diào)節(jié)連續(xù)范圍大，響應(yīng)速度快，損耗小。由于采用了GTO，可以避免換相失敗，直流側(cè)的電容器只是用來維持直流電壓，不需要很大容量，而且可以用直流電容器構(gòu)成，因而裝置體積小且經(jīng)濟(jì)。
2.2串聯(lián)型FACTS裝置
典型的串聯(lián)型FACTS裝置是可控串補(bǔ)(TCSC)和基于GTO的串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)。
TCSC通常指采取晶閘管控制的分路電抗器與串聯(lián)電容器組并聯(lián)組成的串聯(lián)無功補(bǔ)償系統(tǒng)，通過改變晶閘管的觸發(fā)角來改變分路電抗器的電流，使串聯(lián)補(bǔ)償器的等效阻抗大小能夠連續(xù)平滑快速變化，因而TCSC可以等效成一個容量連續(xù)可變的電容器，其接入的輸電線路的等效阻抗也可以連續(xù)變化，在給定的線路兩端電壓和相角情況下，線路的輸送功率將可實現(xiàn)快速連續(xù)控制，以適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)載變化和動態(tài)干擾，達(dá)到控制線路潮流，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定極限的目的，也可以用于阻尼系統(tǒng)功率振蕩和抑制次同步振蕩。

SSSC是指采用大功率電力電子器件(如GTO)組成的電壓型逆變器和并聯(lián)直流電容器構(gòu)成的串聯(lián)補(bǔ)償器，其基本結(jié)構(gòu)和STATCOM類似，不同的是裝置通過變壓器串接入高壓線路中，但原理與TCSC不同，TCSC在串入線路中可以等效成可變?nèi)菘?，而串入的SSSC可以等效成電壓源，其輸出的是與串入線路的電流幅值基本無關(guān)的電壓量，通過控制換流器，連續(xù)改變其輸出電壓的幅值和相位，從而改變線路兩端的電壓(幅值和相位)，實現(xiàn)對線路有功、無功潮流的控制和阻尼系統(tǒng)的功率振蕩，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定極限的目的。
2.3綜合型FACTS裝置
典型的綜合型FACTS設(shè)備是綜合潮流控制器(UPFC)。
UPFC是將并聯(lián)補(bǔ)償?shù)腟TATCOM和串聯(lián)補(bǔ)償?shù)腟SSC組合成具有一個共同統(tǒng)一的控制系統(tǒng)的新型潮流控制器，它結(jié)合了多種FACTS技術(shù)的靈活控制手段, 是FACTS技術(shù)中功能最強(qiáng)大的裝置，它通過將換流器產(chǎn)生的交流電壓串接入相應(yīng)的輸電線上，使其幅值和相角均可連續(xù)變化，從而控制線路等效阻抗，電壓或功角，同時控制輸電線路的有功和無功潮流，提高線路輸送能力和阻尼系統(tǒng)振蕩，它最基本的特點之一是注入系統(tǒng)的無功是其本身裝置控制和產(chǎn)生的,但注入系統(tǒng)的有功必須通過直流回路由并聯(lián)回路STATCOM傳至串聯(lián)回路SSSC，作為UPFC整體, 并不大量消耗或提供有功功率。
3FACTS技術(shù)的作用及適用范圍
FACTS技術(shù)由于
采用具有單獨或綜合功能的電力電子控制裝置，比常規(guī)的輸電控制技術(shù)，如串并聯(lián)電容電抗、 PSS和同步調(diào)相機(jī)等具有優(yōu)越的快速性能和靈活的控制能力，同時還具有良好的適應(yīng)性。由于FACTS技術(shù)與現(xiàn)有的交流輸電系統(tǒng)是并行發(fā)展的，并完全兼容，能在現(xiàn)有設(shè)備不做重大改動的條件下，采用合適有效的FACTS技術(shù)，充分發(fā)揮現(xiàn)有電網(wǎng)的潛力。因此，在電力系統(tǒng)中具有廣泛而良好的應(yīng)用前景。綜合而言，應(yīng)用FACTS技術(shù)的重要作用和意義體現(xiàn)在：
a) 為充分利用現(xiàn)有的輸電線路的能力和資源。現(xiàn)行電力系統(tǒng)由穩(wěn)定條件限定的輸送功率的極限偏低，輸電線路的能力遠(yuǎn)未被充分利用，而采用FACTS技術(shù)，理論上可使輸電線路的輸送功率極限大大提高，甚至接近導(dǎo)線的熱穩(wěn)極限，從而提高輸電線路資源的利用率。
b) 提高電網(wǎng)和輸電線路的安全穩(wěn)定性、可靠性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。FACTS技術(shù)的應(yīng)用將有助于抑制功率振蕩，提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平；有助于控制電網(wǎng)中的潮流大小和方向，實現(xiàn)潮流的合理流動和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；有助于限制電網(wǎng)和設(shè)備故障的影響范圍，減小事故恢復(fù)時間及停電損失。
c) 優(yōu)化整個電網(wǎng)的運(yùn)行狀況。在電網(wǎng)中采用FACTS有助于建立全網(wǎng)統(tǒng)一的實時控制中心，實現(xiàn)全系統(tǒng)的優(yōu)化控制。以提高全系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
d) 將改變交流輸電的傳統(tǒng)應(yīng)用范圍。整套應(yīng)用并協(xié)調(diào)控制的FACTS控制器將使常規(guī)交流輸電柔性化，改變交流輸電的功能范圍，使其在更多方面發(fā)揮作用。由于應(yīng)用FACTS控制器的方案常常比新建一條線路或換流站的方案更便宜，它甚至可以擴(kuò)大到原屬于直流輸電專有的應(yīng)用范圍，如定向傳輸電力，功率調(diào)制，延長水下或地下交流輸電距離等。
4FACTS技術(shù)的應(yīng)用情況
世界上第一臺SVC設(shè)備由GE公司制造，于1977年在Tri-State GT系統(tǒng)投入運(yùn)行，到目前為止，世界上已投運(yùn)的SVC已超過180臺，我國廣東江門、鄭州小劉、東北沙窩、湖南云田和武漢鳳凰山等500 kV變電站也有6臺投運(yùn)。
世界上第一臺SVG設(shè)備(20 Mvar)于1980年在日本投入運(yùn)行，該裝置采用了晶閘管強(qiáng)制換流的電壓型逆變器；世界上首臺采用大功率GTO作為逆變器元件的STATCOM(±1 Mvar)于1986年10月在美國投入運(yùn)行； 1996年容量為±100 Mvar STATCOM在美國500 kV Sullivan變電站投入運(yùn)行；清華大學(xué)與河南電力局聯(lián)合研制的20 Mvar STATCOM也于1999年投入現(xiàn)場運(yùn)行。日本最近也在聯(lián)合研制用于275 kV系統(tǒng)的容量為300 Mvar STATCOM裝置，這是目前容量最大的STATCOM設(shè)備。
1991年12月，世界上第一臺容量為131 Mvar的晶閘管投切部分串聯(lián)電

容補(bǔ)償裝置在AEP公司的345 kV線路上投入運(yùn)行，將該線路的輸送能力從950 MW提高到1 450MW。世界上第一個可控串補(bǔ)工程項目則是1992年在美國西部的一條230 kV線路上安裝的165 Mvar TCSC裝置,其后，1994年美國西北部的Slatt變電站500 kV線路上安裝了208 Mvar的TCSC裝置投入工業(yè)運(yùn)行。世界上第一臺GTO-CSC設(shè)備也已在美國的161 kV的電網(wǎng)中運(yùn)行。
我國東北電力系統(tǒng)將首次在伊敏—馮屯輸電線路馮屯側(cè)安裝TCSC，以解決伊敏電廠兩臺500 MW和兩臺600 MW發(fā)電機(jī)經(jīng)雙回500 kV線路向東北電網(wǎng)主網(wǎng)送電時存在嚴(yán)重暫態(tài)穩(wěn)定問題。目前西電東送的主交流通道——天生橋—平果雙回線裝設(shè)了40%固定串補(bǔ)和10%可控串補(bǔ)TCSC設(shè)備，以充分利用已有的交流線路，盡可能輸送更多功率到廣東。
在綜合型設(shè)備方面，1998年世界上首臺大容量的UPFC裝置(±320 MVA，由160 MVA的SSSC和160 MVA的STATCOM組成)在美國500 kV Inez變電站運(yùn)行；可控移相器TCPR首次應(yīng)用在美國中西部的230 kV聯(lián)絡(luò)線上，提高了線路的動態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性，使中西部聯(lián)絡(luò)線交換功率增加200 MVA。
5FACTS技術(shù)的經(jīng)濟(jì)評價
和常規(guī)的補(bǔ)償電容器電抗器比較，目前FACTS設(shè)備的設(shè)計制造較復(fù)雜，成本也高。即使相對采用常規(guī)電容器和電抗器的SVC和TCSC來說，制造成本也略高。但隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，其設(shè)計制造將越來越模塊化，成本也將迅速降低?？梢灶A(yù)料到FACTS設(shè)備的成本將迅速降到和同容量的SVC成本相當(dāng)或更低的水平。
根據(jù)加拿大Manitoba高壓直流研究中心提供的信息看，以常規(guī)并聯(lián)電容器造價為基準(zhǔn)單位，常規(guī)串聯(lián)電容器是它的2.5倍，SVC，TCSC是它的5倍, STATCOM 是它的6.25倍，包括了所有相關(guān)的無功功率可控設(shè)備部分，如晶閘管閥體，控制和保護(hù)，交流斷路器和變壓器等，可見各種設(shè)備的單位容量造價差距明顯，這些數(shù)據(jù)只是與設(shè)備有關(guān)的投資，實際上FACTS技術(shù)的選擇與確定要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的實際情況，根據(jù)系統(tǒng)的重要性、供電?/

6結(jié)語
FACTS技術(shù)是目前電力系統(tǒng)輸配電技術(shù)的最新發(fā)展方向，對電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)行將帶來重要的影響。國內(nèi)部分高校和科研單位已經(jīng)做了大量的研究工作，部分地區(qū)的電力部門已經(jīng)在FACTS新技術(shù)應(yīng)用方面走在前面，但廣東電網(wǎng)在FACTS新技術(shù)的研究和應(yīng)用方面仍然是空白。目前廣東電網(wǎng)在規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)行中碰到的眾多問題，實際上都可以采用FACTS技術(shù)來解決，因此，在廣東電網(wǎng)開展對FACTS技術(shù)的應(yīng)用研究是極其迫切的。