当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

柔性交流输电


第 34卷 第 2期 2006年 2月









Feb 34 N o 2 . . Jan. 2006

柔性交流输电 ( FACTS)技术综述
杨安民
(诸暨市供电 局, 浙江 摘 诸暨 311800)

>要: 介绍了柔性交流输电 ( FACT S)的概念, 论述了 FACT S在 提高电 压质量和 系统稳 定性中 的作用, 研究

了 FA CTS需要解决的技术难题, 提出了相应的对策, 分析了 FACTS在电 力系统的发展状况和广阔应用前景。 关键词: 柔性产流输电; 控制器设 计; 保护装置; 主电路方案 中图分类号: TM 72 文献标识码: B 文章编号: 1001 9529( 2006) 02 0074 03

R eview of FACTS technology
YAN G A n m in ( Zhu ji Powe r Supp ly Bureau, Zhuji, China) Abstrac t T he concept of F lex ib le AC T ransm ission Syste ( FACT S) is presented as w e ll as its effect on pow er : m , qua lity and sy stem stab ility The i m ediate technical issues perta ining to FA CTS are stud ied and so lu tions are g iv . m , en. T he developm ent and app lication prospects o f FACTS in po er syste s are also ana lyzed. w m K ey word s F lex ib le A C T ransm ission Syste ( FACT S); contro ller des ign pro tection dev ice m a in c ircuit sche e : m ; ; m

柔性 交流 输 电系 统 ( F lex ible AC T ransm is sio ns Syste 简称 FACT S) 技术是一种 将电力电 m, 子技术、 微机处理技术、 控制技术等高新技术应用 于高压输电系统, 以提高系统可靠性、 可控性、 运 行性能和电能质量, 并可获取大量节能效益的新 型综合技术, 世界各国电力界对这项具有革命性 变革作用的新技术格外重视。 FACT S技术发展 的背景是基 于输电线 运行 的需要、 电力电子技术和元器件的发展支持、 已有 FACT S技术产品 的研制和 运行经 验的积 累等 4 个方面。 FACT S具有控制 交流输电系 统相关参 数的 能力 (如串联阻抗、 相角 ) 和抑制系统中出现的振 荡, 使输电线路运行在热稳定的额定范围内, 并使 电力潮流得到连续控制、 增加控制区域内转换功 率的能力。电力电子技术 的发展是实 现 FACTS 的关键。目前大容量的电力电子器件如 GTO 晶 闸管已经商品化, 它能在 十几 s内切断 和导通 6 000 V电压、 000 A电流的功率, 而其重量只有 6 1~ 2 kg。电力电子器件配套的驱动、 串并联、 保 护和冷却等技术日趋完善, 使电力电子控制器组 合的应用成为可能, 目前已获得成功应用的组合 装置有: 可控串联补偿 ( Thy ristor Controller Ser ie s Com pensator 简称 TCSC )、 止同步并 联补 偿器 , 静

( Static Synchronous C ompensator 简 称 STAT , COM ) 、 静止同步 串联补偿器 ( Static Synchronous Series Com pensator 简称 SSSC )、 , 可转换的静止补 偿器 ( Convertible Stat ic C ompensa tor 简 称 CSC )、 , 统一潮流控制器 ( Un ified P ow er F low Controller 简 , 称 UPFC )、 电压源转换器 ( Vo ltage Source Convert er 简 称 VSC )、 , 可控 移项 器 ( T hyristor Controlled Phase Regu la tor 简称 TCPR ) 、 , 超导储能系统 ( Su perconductin g M agnet ic Energy Sto rage 简 称 , SMES)等。这些装置同微处理器的速度和精度一 起运作, 为电力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。

1 FACTS在输电系统中的作用
( 1) 提高输电线路的输送容量 采用 FACTS技术可使输电 线路的输送功率 极限大幅度提高至接近导线的热极限, 这样可减 缓新建输电线路的需要 和提高输电线路 的利用 率。 FACT S的出现对电网的 建设规划和设 计将 产生重大的影响。 ( 2) 优化输电网络的运行条件 FACT S控制器有 助于减少和 消除环流 或振 荡等大电网痼疾, 有助于解决输电网中 瓶颈 环 节的问题; 有助于在电网中建立输送通道, 为电力

杨安民

柔性交流输电 ( FACT S)技术综述

75(总 177)

市场创造电力定向输送的条件, 有助于提高现有 输电网的稳定性、 可靠性和供电质量; 可以保证更 合理的最小网损并可以减小系统热备用容量。还 有助于防止连锁性事故扩大, 减少事故恢复时间 及停电损失。 通过对 FACT S设备的快速、 平滑的调整, 可 以方便、 迅速地改变系统潮流分布。这对于正常 运行方式下控制功率走向以充分挖掘现有网络的 传输能力以及在事故情况下防止因某些线路过负 荷而引起的连锁跳闸是十分有利的。 ( 3) 扩展了电网的运行控制技术 FACT S控制器一 方面可对已 有常规稳 定或 反事故控制 ( 如调速器附加控制、 汽门快并控制、 自动重合闸装置等 ) 的功能起到补充、 大和改 扩 进的作用。另一方面, 电网的 EMS 系统必然要将 FACT S控制器的作 用综合进去, 使得 EM S 中的 AGC EDC 和 OPF 等功能的效益得到提高。有助 、 于建设全网统一的实时控制中心, 从而使全系统 的安全性和经济性有一个大的提高。 ( 4) 改变了交流输电的传统应用范围 由于高压直流输电的控制手段快速灵活, 当 输送容量与稳定的矛盾难以调和时, 有时可能通 过建设直流线路来解决, 但是换流站的一次投资 很高。而 应用 FACT S 控 制 器的 方 案 常常 比 新 建 跳线路或换流站的方案投资要少。整套应用 并协调控制的 FACCT S控制器组将使常规交流电 柔性化, 改变交流输电的功能范围, 使其在更多方 面发挥作用, 甚至扩大到原属于 HVDC 专有的那 部分应用范围, 如定向传输电力、 功率调制、 延长 水下或地下交流输电距离等。

用, 关键是其控制器的设计水平。 ( 1) 控制器的外环设计 在电力系统 中, 从宏观 角度讲, FACT S 设备 常常被当作 1个可控电气元件在 ( 或参数 ) , 给定 该元件在 (或参数 )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。这个控制环节即是 FACTS控制器的外环。 控制器的外环设计关键是确定 FACTS 装置 的数学模型和确立控制的目标以提高电力系统运 行水平。 确定 FACTS 装置的数学模型相对容量。因 为从大系统的观点来看, 作为电力系统的 1个元 件, FACT S装置怎样跟随其外环控制器输出的给 定值并不重要, 更关心 FACT S装置需要多长时间 可以向系统体现出外环控制器所确定的那个 电 气参数 , 而且通过仔细设计控制器的内环, 可以 使 FACT S装置表现为一个快速的、 动态行为良好 的跟随系统。这样在进行系统的研究时, 就可以 不过分深度 FACTS装置本身的动态行为, 而是把 FACT S设备当成一个可 控的具有惯性的 电气元 件 ( 参数 )来对待。 控制器外环设计的第 2个问题, 是如何从提 高系统运行水平的出发点来确定 FACTS 设备的 控制律, 也即如何在电力系统的各种运行状态下 确定 FACTS设备的控制目标及达到这些目标的 控制策略。 多控制目标的矛盾及协调的处理方法有: 1) 根据系统状态辨识到不同目标以后, 采取 不同控制方法。可以在不严重损害其它控制目标 实现的前提下, 依据系统不同运行状态下的主要 控制目标设计相应的最优控制器, 根据对系统状 态的辨识切换控制律。 2) 对不同控制规律取折衷, 使各个控制目标 的实现都还可以, 但也不是非常好。这样避免了 耗时的状态辨识, 也不存在控制切换带来的冲击, 但却没有充分利用控制可能提供的潜力。 非线性问题是 FACT S装置 外环控制中的又 一个难点。电力系统本身是一个大的强大线性系 统, 而且很多是非平滑非线性和不可 逆非线性。 另外, FACTS装置本身也都存在非线性。人们也 已经尝试了使用各种方法来解决电力系统的非线 性问题, 如微分几何法、 逆系统方法、 直接反馈线 性化方法、 非线性 P ID方法、 变结构控制方法、 模

2 FACTS需要解决的技术难题
2. 1 控制器的设计 大多数 FACT S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 进行 组 合。可 以 看 作 是 可 控 的 并 联 阻 抗 ( 如 SVC) 可控的串联阻抗在 ( TCSC ) 可控的并联电源 ( STATCOM )可控的串联电源 ( SSSC ) 或它们的组 合 ( UPFC) 。电力系统中, 影响潮流分布的 3个主 要的电气参数是母线电压、 线路阻抗和功角可以 得到迅 速 的 调 节, 从 而 实 现 灵 活 输 电 。 但 FACT S设备能否在电力系 统中充分发挥 其调节 潮流、 强稳定、 增 提高电网传输 能力等方面的作

76(总 178)









2006, 34( 2)

糊控制方法等, 并已去得了一定的成就。 准确、 快速地获得控制所需得电气参数, 是有 效控制的前提, 也是外环控制中无法回避的问题。 控制器的设计和实现很大程度上依赖于所用得测 量技术。 ( 2) 控制器的内环设计 内环控制主要完成这样得功能: 使 FACT S装 置跟随其外环控制器获得给定, 确定装置中电力 电子元件的触发规则, 从而向系统体现出相应的 电气参数 ( 如阻 抗、 无功电流等 )。因此, 在电力 电子器件及装置控制技术 中可能遇到得 问题在 FACT S装置内控制中都会遇到, 而且 FACTS控制 还有其自身特有得难点。例如: 1) 同步以及精确脉冲发生问题。 FACTS 装 置直接的控制量是电力电 子器件得触发 脉冲角 度, 即触发脉冲与同步参考信号之间的 相角差。 FACT S的控制精度与工作 稳定性在很大 程度上 依赖于触发脉冲发生器所检测的同步信号得准确 性及所产生的触发信号相位的均匀性, 特别是对 于大容量的 FACT S 。显然, FACTS 设备只有首先 与系统保持同步才有可能发挥正常的作用, 而同 步的实质是精确测定系统频率的问题。 2) 非线性控制问题。内环控制的最终目的 是实现对外环给定快速跟随, 采用何种控制策略 实现由外环给定电气参数到电力电子元件触发角 ( 最终控制量 ) 的映射是内环控 制器设计需要解 决的另一个重要问题。 2. 2 保护装置的设计 FACTS保护系统的主要难点在故障的快速检 测, 保护的快速动作及重新投入所需要条件的快速 识别。由于 FACT S装置所具有的重要作用, 一方 面, 希望其能在系统异常甚至故障的情况下尽可能 发挥作用; 而另一方面, 大功率点电力电子器件热 容量小和易损坏等特点又要求保护系统具有非常 高的灵敏度和很快的动作速度。 FACTS装置如何 在充分发挥其作用的同时实现有效的自我保护是 发展柔性交流输电技术必须解决的技术难题。 2. 3 主电路方案设计 FACT S装置的设 计要根据系 统和线路 的具 体结构、 规模、 复杂程度、 稳定性要求等情况作出 综合的分析, 抓住亟待解决的主要问题、 主要矛 盾, 综合考虑可靠性、 经济性等要求。 总之, FACT S装置的设计本身是一个涉及甚

广, 比较复杂的过程, 设计过程中遇到一些问题和 困难也是难免的, 只要对系统需求有准确的认识, 对设计过程有较好的把握, 就能设计出比较好的 FACT S装置。

3 FACTS的发展前景
鉴于 FACTS的广泛发展前 景及它对未来输 电技术发展、 电力建设和运行可能产生的重大影 响, 美国、 日本、 巴西以及德国、 瑞典、 意大利、 英国 等欧洲一些发达国家已投入大量的资金和人力对 此进行研究和开发, 包括对现行电网的评估、 硬件 设备开发及 FACT S装置在各电力公司的协调配 置等, 并已取得了许多可喜成果。 1991年 12月, 世界上 第 1 台晶闸管 控制的 串联电容已在美国投入运行。 国际大网络会议 ( C I RE ) 也于 1990年成立 G 了相应的专门研究小组, 且已经多次召开专门的 国际学术性会议。这些有利地推动了在改进交流 输电运行性能和提高交流输电网的可控性方面, 开发应用电力电子设备以及使用化的研究工作。 由于 FACTS所具有的优越性, 加之大功率电 力电子器件的造价日趋降低, 目前世界上许多国 家, 都在积极开展 FACTS设备制造或应用的研究。 我国电网的控制手段缺乏且水平低, 电网稳 定性的问题也很突出。利用最新的电力电子技术 和计算机实时控制及通讯技术, 提高输电系统的 可靠性、 可控性和运行效率是极为重要的, 也是输 电技术的发展方向, 对今后各国联合电网的形成、 建设和运行, 具有特别重要的意义。
参考文献:
[ 1] FA CTS T er s& D ef in itions Task Force of the FACTS W ork m ing G roup of the DC and FACTS Subcomm ittee Proposed . Ter s and D efin ition for F lex ib le AC Trans ission S system s m m ( FA CTS ) . I EEE T ransact ions on Pow er D elivery 1997, 12 . ( 4 ) : 1848 1853 . [ 2] Song Y H, Johns A T. Flexib leA C tran s iss ion system [ M ] . m I P ress 1999. EE , [ 3] 何大愚. 柔性交流输 电技术 的定 义、 机遇 及局 限性 [ J] . 电网技术, 1996, 20( 2 ) . [ 4] 韩英铎, 王仲 鸿, 林孔 兴, 等. 电力系 统中的 三项前 沿课 题 柔性交流输电 技术、 智能控 制、 于 G PS 的 动态 基 斐, 吴铁铮. FA CTS 技术研 究现状及 其在中 安全分析与检测系统 [ J]. 清华大学学报, 1997, 37( 7) . [ 5] 王仲鸿, 沈 国的应用发展 [ J] . 电力系统自动化, 2000, 24( 3) . 收稿日期: 2006 02 09


相关文章:
柔性交流输电
柔性交流输电_电力/水利_工程科技_专业资料。第一节 一、 FACTS 的概念 ? Flexible AC Transmission System , 简称 FACTS,译为柔性交流输电系统。 ? FACTS 的...
柔性交流输电系统的原理与应用
柔性交流输电系统的原理与应用》 柔性交流输电系统的原理与应用》 前言电力输电系统已进入大系统、超高压远距离输电、跨区域联网的新阶段,社会经济的发展促使...
柔性交流输电技术在智能电网中的应用
柔性交流输电技术在智能电网中的应用 [摘要]FACTS 作为新型的电力系统输配电技术, 对电力系统的建设和发展起 着巨大的推动作用。本文着重从工作原理、作用意义两个...
柔性交流输电技术在输电网中的应用
柔性交流输电技术在输电网中的应用_电力/水利_工程科技_专业资料。极为全面的FACTS技术文档,价值连城。贡献给广大网友,希望吸引更多有志学子加入电力系统。...
高压直流输电与交流柔性输电总结
高压直流输电交流柔性输电总结_工学_高等教育_教育专区。高压直流输电交流柔性输电考试总结 1.高压直流输电的发展分为哪 3 个阶段,各阶段都有什 么特点?...
柔性交流输电技术在智能电网中的研究现状与展望
柔性交流输电技术在智能电网中的研究现状与展望_电力/水利_工程科技_专业资料。柔性交流输电技术在智能电网中的研究现状与展望 摘要:柔性交流输电技术为发展智能电网...
柔性输电与直流输电技术
柔性输电与直流输电技术 1 引言 自从1882年法国人德普勒首次实现第一条直流输电线把电力送到57 km远的 慕尼黑国际博览会驱动水泵电动机, 1891年第一条三相交流...
柔性输电
柔性输电技术简介 一、柔性交流输电 1.1 交流柔性输电的概念交流柔性输电(Flexible Alternative Current Transmission Systems), 是综合电力电子技术、 微处理和微...
弱电网条件下柔性交流输电系统的制约因素
弱电网条件下柔性交流输电系统的制约因素 【摘要】在我国电力传输系统建设过程中,为了提高电网运行的稳定性, 需要及时引入新的交流输电技术才能达到目的。 经过对...
电力电子技术的进步与柔性交流输电技术的换代发展
电力电子技术的进步与柔性交流输电技术的换代发展_电力/水利_工程科技_专业资料。1 电力电子技术的进步与柔性交流输电技术的换代发展 2 3 4 5 何大愚作者:佚名 ...
更多相关标签:
柔性直流输电 | 柔性输电 | 柔性交流输电的原理 | 柔性交流输电功能特性 | 柔性交流输电技术 | 柔性交流输电系统 | 柔性交流输电装置 | 柔性交流输电技术原理 |