电力系统自动化论文

1.1FACTS的定义柔性交流输电技术又称之为灵活交流输电技术，英文简称为FACTS，N.G.Hingorani最早提出“柔性交流输电”这一概念，并认为“柔性交流输电指的是依托于电力电子型控制器提高电力传输能力的交流输电系统。”之后于20世纪80年代末，美国电力研究院又对其进行重新定义：“基于电力电子技术与控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相位实施灵活快速调节的一种交流输电技术”。1.3FACTS的应用现状1.3.1国内FACTS技术应用现状（1）自“十一五”规划提出以来，我国在电力系统方面投入大量的人力、财力及物力资源用于研究和推广SVC，在诸多研究者的共同努力下，截止当前，我国已将SVC技术成功应用于电力系统中，并对提升输变电系统的高电压等级，提高输电线路输送能力发挥了重要作用。（2）目前，我国已形成多种关于FACTS技术设备，如静止无功发生器、电网短路电流限制器、可控串联补偿器、可控高抗及综合潮流控制器等。然而受多方面原因的影响，以致上述多种关于FACTS技术设备未能够有效应用于现代电力系统中。除此之外，还有诸多关于FACTS技术设备仍处于理论研究阶段，有待进一步加强工程实用化技术研究。1.3.2国外FACTS技术应用现状（1）基于传统半控型器件的FACTS技术。截止当前，国外相当一部分国家基于传统半控型器件的FACTS技术已较成熟，以SVC装置为例，即SVC装置补充容量以高于1000MVar，并实现在电压为765kV电力系统的应用。同时，国外应用SVC装置不仅抑制了次同步谐振，而且还较大程度上提高了送电容量，大大推动国外电力行业的发展。（2）基于可关断器件的FACTS技术。除基于传统半控型器件的FACTS技术之外，基于可关断器件的FACTS技术在国外同样已成熟应用，以STATCOM装置为例，首个STATCOM装置由美国与日本共同研制生产。自此以来，国家其它各国纷纷参与到STATCOM装置研究行列中，为STATCOM装置的发展及STATCOM技术的成熟提供了动力，为输电系统的发展奠定了坚实的基础。3.1FACTS在现代电力系统中的发展方向近年来，柔性交流输电技术在现代电力系统中得到广泛应用，同时还形成了一大批关于FACTS的装置，包括静止无功补偿装置、可控串补装置及统一潮流控制器等。笔者认为，当前背景下，FACTS应用于现代电力系统中应朝着下述方向发展：第一，加强FACTS设备控制保护系统共性平台技术的研究与应用。要求电力部门投入更多的人力、财力及物力资源加强FACTS设备控制保护系统共性平台技术研究与推广，充分发挥FACTS设备控制、监视及保护功能；第二，增强FACTS装置的试验能力与验证能力。为满足现代电力系统发展需求，要求电力部门置于SVC、TCSC晶闸管阀全面试验能力之上进一步加强对FACTS装置的试验与验证效能研究，不断提升FACTS装置的试验能力与验证能力。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。FACTS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FACTS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FACTS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FACTS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、扩大和改进的作用。另一方面,电网的EMS系统必然要将FACTS控制器的作用综合进去,使得EMS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FACTS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FACCTS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。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FACTS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(CIGRE)也于1990年成立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。1柔性交流输电系统(FACTS)概念的形成和发展1986年,美国电力研究院(EPRI)的N.G.Hingorani博士首先提出FACTS(FlexibleACTransis2sionSystem)的概念,引起各国电力工业界强烈迅速的反应和极大兴趣。N.C.Hingorani博士给FACTS技术早期的明确定义是“FACTS就是基于晶闸管组件的控制器,其中包括移相器TCPS、新型静止无功补偿器TCSC、电气制动器、串联电容调节器、带负荷抽头调节器(纵向调压器)、故障电流限制器FCL以及其它一些尚未发明的控制器。”显然这个定义有很大局限性,故他在1994年CIGRE会议上说明“为避免任何混淆,作为FACTS概念的创始人,我给它定义为:除了直流输电以外的所有将电力电子技术用于输电的实际应用技术”。他还说:“FACTS不仅指单一项的大容量控制器,还包括以分阶段方式可单一或组合地用于控制有内在联系参数的控制器的组合体。”后来FACTS概念又有扩展,把发电控制用的静止励磁系统也包括在内。MIT的M.D.Ilic教授提出,FACTS是在大规模电力系统中应用电力电子技术的可切换装置。我国电科院周孝信院士指出:“未来电力系统从发电、输电、配电到用电,将有更多的大功率电子器件和装备投入实际运行。”为此,IEEE在PES四次会议(94SM,95SM,95WM,96WM)期间设立FACTS名词和定义专题组(TF)进行讨论。我国电力部信息所何大愚先生提出,FACTS是“除HVDC之外的所有安装应用于电力系统各环节中的且皆作用于交流输电的各种电力电子控制器及其协调组合进行控制的技术。”天津大学电力系陈礼义教授认为,FACTS的定义如果仅由装置来限定其含义,很难说明其发展后的内容,也不能突出其特点。FACTS的极重要的特点应该从应用、柔性、原理特征来定义。(1)用于交流电力系统,区别于直流电力系统。(2)具有可变参数的柔性工作特性。(3)原理上属于在电力系统中加入串联与并联两种方式。(4)应用电力电子新技术与现代控制技术和计算机控制。这样,从具体的装置上包括:可以灵活改变交流电力系统的参数,变参数电力系统,变结构;可用于稳态和动态的控制,改善交流电力系统的稳态和动态性能;应用范围包括发电、输电、配电、用电等。该系统的外延与其它控制系统、保护系统有密切关系,因此要把它看成是一个统一系统(大系统)的协调控制问题,在系统规划、设计、运行等几方面都应协调考虑。综上所述,FACTS的含义包含三个要素,即快速控制、新型电力电子装置和交流输电系统,它是不同于传统交流输电的新型交流输电方式。FACTS应该是“具有快速电力电子控制装置和自适应能力的交流输电系统”。