電力系統(tǒng)運行與控制讀書報告

1、FACTS在新能源接入領(lǐng)域應(yīng)用的可行性研究摘要：本文首先介紹了新能源的發(fā)展和分類，對新能源接入電力系統(tǒng)可能會帶來的一系列問題就行了分析。在此基礎(chǔ)上提出考慮用FACTS裝置來配合新能源接入電網(wǎng)，提高新能源接入電網(wǎng)的可行性和穩(wěn)定性，同時對含新能源接入時FACTS裝置的作用進行了詳細的分析。關(guān)鍵詞：FACTS；新能源；電能質(zhì)量；電壓暫降 0 引言化石能源是不可再生的資源，終歸要走向枯竭。面對日趨嚴(yán)重的環(huán)境與資源問題的挑戰(zhàn)，為解決經(jīng)濟和社會發(fā)展過程中日益凸顯的能源需求增長與能源緊缺、能源利用與環(huán)境保護之間矛盾，必須開發(fā)新能源，加強對新能源的利用。21世紀(jì)將是新能源發(fā)展的新世紀(jì)?；剂衔C和環(huán)境問題的

2、日趨緊張促使了太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿刃履茉窗l(fā)電的發(fā)展。由于這些電能大都具有隨機性、波動性和不穩(wěn)定性，因而接入電網(wǎng)會對電網(wǎng)產(chǎn)生的一系列影響，如節(jié)點的電壓波動、對接入點短路電流的影響、引起的潮流改變及網(wǎng)損的變化、電壓閃變等等。這些問題可能會極大限制新能源發(fā)電的發(fā)展。靈活交流輸電系統(tǒng)借助電力電子器件能根據(jù)電力系統(tǒng)運行的要求，快速地對系統(tǒng)輸送功率和電壓、阻抗、功角等電氣量進行調(diào)節(jié)，改善系統(tǒng)安全性、可靠性、經(jīng)濟性，使其在新能源接入領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。1 新能源與新能源發(fā)電簡介1.1 新能源與新能源發(fā)電的定義新能源又稱非常規(guī)能源，是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式，是剛開始開發(fā)利用或正在積

3、極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等。新能源發(fā)電即非常規(guī)能源發(fā)電。新能源是清潔能源，它對環(huán)境無害或危害極小，而且資源分布廣泛，適宜就地開發(fā)利用。1.2新能源發(fā)電的分類目前，可再生能源發(fā)電技術(shù)成為分布式電源研究熱點之一，主要包括太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽馨l(fā)電等。為了滿足可持續(xù)發(fā)展、保護環(huán)境需要，可再生能源資源豐富，可循環(huán)使用，又無污染，必將取代化石能源成為能源供應(yīng)的主體。新能源發(fā)電的主要類型有：1.2.1地?zé)岚l(fā)電地?zé)岚l(fā)電是利用地表深處的地?zé)崮軄砩a(chǎn)電能，實際上是通過打井找到正在上噴的天然熱水流，用蒸汽動力發(fā)電1。地?zé)岚l(fā)電廠的生產(chǎn)過程與火電

4、廠相似，不過鍋爐設(shè)備被地?zé)峋〈?，汽輪機將地?zé)崮苻D(zhuǎn)換為機械能帶動發(fā)電機發(fā)電。地球內(nèi)部蘊藏著大量的地?zé)崮?，目前一些國家已著手商業(yè)開發(fā)利用。1.2.2海洋能發(fā)電海洋能是一種蘊藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪、海洋溫差、海流引起的機械能和熱能。海洋溫差發(fā)電工作原理與火力、核能發(fā)電原理類似，首先利用表層海水蒸發(fā)工作流體如氨、丙烷或氟利昂使其汽化推動渦輪發(fā)電機發(fā)電，然后利用深層冷海水冷卻工作流體成液態(tài)，以反復(fù)使用;波浪發(fā)電是用波浪發(fā)電裝置將海浪動能轉(zhuǎn)換成電能；其中波浪發(fā)電裝置運轉(zhuǎn)方式完全依據(jù)波浪上下振動特性而設(shè)計，從而有效的吸收波能；海水水位因引力作用產(chǎn)生高低落差現(xiàn)象即為潮汐，潮汐發(fā)電便是利用該

5、勢能轉(zhuǎn)換為動能帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)獲得電能2。潮汐發(fā)電與普通水利發(fā)電原理類似，通過出水庫，在漲潮時將海水儲存在水庫內(nèi)，以勢能的形式保存，然后，在落潮時放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。1.2.3風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)的來生產(chǎn)電能。應(yīng)用風(fēng)機使風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機械能，再把機械能轉(zhuǎn)化為電能。具體說來，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電3。風(fēng)力發(fā)電機按轉(zhuǎn)速是否恒定，分為定轉(zhuǎn)速運行與可變速運行兩種方式;按發(fā)電機結(jié)構(gòu)區(qū)分，有異步發(fā)電機、同步發(fā)電機、永磁式發(fā)電機等機型。依照運行方式、結(jié)構(gòu)等因素不同，可以發(fā)出直流電，也可發(fā)出交流電。風(fēng)能儲量豐

6、富，隨著儲能技術(shù)和風(fēng)機制造水平的改進和提高，風(fēng)力利用的潛力巨大。1.2.4 太陽能發(fā)電太陽能發(fā)電一般指利用太陽的光能或熱輻射能量的發(fā)電方式。電力系統(tǒng)太陽能發(fā)電技術(shù)包括兩種:光伏發(fā)電和太陽熱發(fā)電技術(shù)。前者通過太陽照在太陽能電板硅材料上因光伏效應(yīng)發(fā)出直流電，后者則利用集熱器把太陽輻射能轉(zhuǎn)變成熱能，將水轉(zhuǎn)化成蒸汽，然后通過汽輪機，發(fā)電機發(fā)出工頻交流電。具體介紹如下1.2.4.1 太陽能光伏發(fā)電太陽能發(fā)電技術(shù)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能，根據(jù)太陽電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，產(chǎn)生直流電能。光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒有活動

7、的部分，故可以長時間操作而不會導(dǎo)致任何損耗。光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電力。光伏發(fā)電系統(tǒng)運行方式包括獨立運行和聯(lián)網(wǎng)運行兩種方式。獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)是指僅僅依靠太陽能電池供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能電池發(fā)出直流電逆變成交流，通過與電力網(wǎng)并聯(lián)運行，從而避免了安裝儲能蓄電池帶來的費用。1.2.4.2 太陽能光熱發(fā)電現(xiàn)代的太陽熱能科技將陽光聚合，并運用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣，驅(qū)動汽輪機發(fā)電。2 新能源接入對電網(wǎng)的影響目前，在各種可再生新能源中，太陽能和風(fēng)能具有很強的競爭能力，使之從其它新能源中脫穎而出，成為電力系統(tǒng)中增長速度較快快的新能源，并且在能源總發(fā)電量中

8、占有很大的比例，而諸如地?zé)崮?、海洋能、生物質(zhì)能受地理條件和技術(shù)水平等因素的限制發(fā)展緩慢或利用很少。大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能發(fā)電成為改善電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極為重要的措施。但是由于太陽能分散性、不穩(wěn)定性以及風(fēng)能具有能量密度低、隨機性、間歇性的特點，大量的新能源接入電力系統(tǒng)，特別是大量的風(fēng)能和太陽能接入電網(wǎng)對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定性帶來重大的影響，其中最為突出的問題就是使風(fēng)光電源（太陽能和風(fēng)能）及接納風(fēng)光電源的區(qū)域變電站電壓質(zhì)量嚴(yán)重下降，甚至導(dǎo)致電壓崩潰，如不能解決這一問題，必將阻礙風(fēng)光等新能源的發(fā)展。提高電壓質(zhì)量，防止電壓崩潰是電力系統(tǒng)吸納大容量不穩(wěn)定新能源必須研究解決的重大技術(shù)問題。此外，風(fēng)電在電網(wǎng)中運行時對電

9、網(wǎng)產(chǎn)生的一系列影響，其中包括在風(fēng)電場引起電網(wǎng)各節(jié)點的電壓波動、對接入點短路電流的影響、引起的潮流改變及網(wǎng)損的變化、電壓閃變等等2.1 新能源接入引起的電壓波動當(dāng)風(fēng)力發(fā)電場接入電網(wǎng)后，風(fēng)電場的有功注入與無功消耗會對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性、靜態(tài)穩(wěn)定性以及動態(tài)穩(wěn)定性產(chǎn)生各方面的影響。隨著風(fēng)力機組容量的不斷增大，異步機的Q一V特性引起電網(wǎng)接入點的節(jié)點電壓穩(wěn)定裕度下降，影響電壓穩(wěn)定性。其主要原因是太陽能和風(fēng)能的不穩(wěn)定性引起的風(fēng)電場、太陽能電場輸出功率的變化。風(fēng)能的隨機性和不穩(wěn)定性。風(fēng)速在自然界是隨機性的，每時每刻都在變化，而風(fēng)力發(fā)電機組的出力和風(fēng)速的三次方成正比，因此機組的出力也將從一分鐘到另一分鐘地波動。雖

10、然由多臺機組在一個地區(qū)組成風(fēng)電場的出力能夠平滑一部分的波動，但是一小時到另一小時的波動仍然可能十分的劇烈，當(dāng)風(fēng)電場的容量大到一定程度，這種情況有可能顯著地影響地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。一般來說，風(fēng)電場出力與負荷需求不同步，甚至是相反過程。當(dāng)用戶負荷需求大時，風(fēng)電場沒有辦法輸出更大的出力。另外，在一天之內(nèi)，晚上的風(fēng)速比白天大，電網(wǎng)晚上的負荷需求在半夜之后下降，而風(fēng)電場的出力又反而增加，又是一個時間段上的矛盾。風(fēng)電機組與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的缺陷造成電壓波動。對于風(fēng)電還受到風(fēng)力機組的類型、控制系統(tǒng)、電網(wǎng)狀況、以及并網(wǎng)風(fēng)力機組在持續(xù)運行過程中受到的塔影效應(yīng)、偏航誤差和風(fēng)剪切等因素的影響，使風(fēng)力機組在葉輪旋轉(zhuǎn)一周的過程

11、中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，從而造成了輸出功率的變化。總體來說，風(fēng)力發(fā)電會提高電網(wǎng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，降低動態(tài)穩(wěn)定性。特別是當(dāng)風(fēng)力機組起動時，感應(yīng)電機會吸收大量的無功功率，如果沒有足夠的無功補償，將會導(dǎo)致節(jié)點電壓跌落。風(fēng)力機組輸出變化著的功率直接導(dǎo)致了節(jié)點電壓的波動，如果機組的容量超過一定范圍，那么它所引起的電壓波動將很大，超出電網(wǎng)運行的允許范圍。2.2 新能源接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響在電網(wǎng)接口處的電能質(zhì)量是新能源接入電網(wǎng)時必須考慮的問題。2.2.1 諧波畸變光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出直流電能，需要逆變成交流電能才能并網(wǎng)。這時整流器與逆變器是影響電能質(zhì)量的主要元件。所以，與電網(wǎng)連接的此類電力系統(tǒng)必須采用設(shè)計好的生產(chǎn)高

12、質(zhì)量低畸變交流功率的變流器。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，存在大量非線性換流裝置，使得電網(wǎng)電流波形和電壓波形不再是正弦波。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的諧波主要是由大功率變換器以及其他非線性負載產(chǎn)生的，其中主要的諧波源是各種電力電子裝置，這其中整流裝置所占比例最大，所產(chǎn)生的諧波污染和消耗的無功功率是相當(dāng)嚴(yán)重的；除整流裝置外，斬波和逆變裝置的應(yīng)用也很多，其輸入電流也來自整流裝置，因此其諧波問題也很嚴(yán)重。總諧波畸變率（THD）定義如下：壓的總諧波畸變率7 (1.1)電流的總諧波畸變率 (1.2)由任何諧波負荷吸收的諧波電流引起的節(jié)點電壓的諧波畸變由給出。正是節(jié)點電壓中的這種畸變，即使在純線性電阻負荷上也會引起諧波電流。如果

13、新能源發(fā)電廠相對較小，則一個非線性電子負荷可能引起節(jié)點電壓產(chǎn)生明顯的畸變，從而給線性負荷提供畸變電流。因此在將功率送到電網(wǎng)之前必須濾除諧波。對于電網(wǎng)接口處，THD 小于 3%可以接受。2.2.2 電壓瞬態(tài)與暫降光伏發(fā)電廠一般不會引起電壓突然變化，但是，在風(fēng)電廠中應(yīng)用時，用于產(chǎn)生無功功率的每個電容器投切會激起電壓暫態(tài)過程，而這將在風(fēng)力機的齒輪機構(gòu)上造成額外的力矩，導(dǎo)致變速箱額外的磨損。進一步，為了維持系統(tǒng)電壓需要大容量的投切電容器，這將導(dǎo)致電容器早期失效，從而產(chǎn)生更高的維護成本。節(jié)點電壓可以因為許多原因而偏離標(biāo)稱的額定值，能夠忍受的偏差取決于其大小與持續(xù)時間。對于小的偏差，能夠忍受的時間比大的偏

14、差時間長。2.2.2.1 影響電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的因素新能源接入電力系統(tǒng)后影響電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的因素有許多。對于風(fēng)電場，除了風(fēng)力發(fā)電裝機容量以外，還包括有以下因素：（1）地區(qū)負荷水平負荷的變化對風(fēng)電場接入后引起地區(qū)電網(wǎng)電壓特性有著明顯的作用。當(dāng)?shù)刎摵伤皆礁?，引起負荷電壓越低，隨著風(fēng)電場輸出功率的增大從而使負荷電壓更進一步降低，致使風(fēng)電機組機端電壓惡化而解網(wǎng)，由于電壓支撐不足而限制風(fēng)電的輸出。（2）風(fēng)電場接入點位置在一定的負荷水平上，風(fēng)電場以不同的位置接入配電網(wǎng)對地區(qū)電網(wǎng)電壓特性的影響有很大差別。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的緊密程度決定了該網(wǎng)絡(luò)承受風(fēng)電擾動的能力，風(fēng)電場接入電網(wǎng)的距離越短，節(jié)點電壓對功率變化的敏感

15、度越大，承受風(fēng)電功率擾動的能力也越差。（3）風(fēng)速變化情況風(fēng)速的變化對風(fēng)力機組的有功輸出影響顯著，尤其對于普通異步風(fēng)機，由于自身沒有電壓調(diào)節(jié)能力，對風(fēng)速的敏感度尤其明顯。目前學(xué)術(shù)界對風(fēng)速的研究主要集中在陣風(fēng)、隨機風(fēng)、漸變風(fēng)等等。陣風(fēng)速幅值變化較大，且含有較多隨機分量，因此本文主要研究含有隨機分量的陣風(fēng)對電網(wǎng)電壓的影響。（4）風(fēng)電機組類型以及風(fēng)電場的無功補償狀況變速恒頻風(fēng)電機組不但風(fēng)力機具有良好的空氣動力特性，而且通過變流器實現(xiàn)發(fā)電機有功、無功功率的解耦控制，使風(fēng)電機組具有變速運行的特性；具有控制無功功率的能力，可以吸收或發(fā)出無功功率以及運行在單位功率因數(shù)下，所以獲得了較好的電網(wǎng)連接特性。恒速恒頻

16、風(fēng)電機組直接與電網(wǎng)相連，而且其異步發(fā)電機的運行需要無功電源的支持，加重了電網(wǎng)的無功負擔(dān)，成為限制風(fēng)電場裝機容量的主要障礙。因此，變速恒頻風(fēng)電機組在電壓特性方面比恒速恒頻風(fēng)電機組占一定優(yōu)勢，在提高風(fēng)電最大安裝容量方面具有一定潛力。采用具有無功補償?shù)娘L(fēng)電機組，特別是動態(tài)的無功補償裝置不僅能夠有效改善地區(qū)電網(wǎng)的電壓特性，還可以降低風(fēng)電場內(nèi)部和網(wǎng)絡(luò)的損耗。因此，風(fēng)電機組的無功補償狀況對風(fēng)電場的輸出特性有很大影響，進而影響風(fēng)電場的建設(shè)規(guī)模。安裝動態(tài)無功補償裝置，可以提高風(fēng)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性，也能夠有效提高風(fēng)電場最大可接入的容量。2.2.2.2 新能源接入引起的電壓閃變太陽能光伏發(fā)電站因為吸收持續(xù)穩(wěn)

17、定的太陽能，轉(zhuǎn)換成電能儲存或并網(wǎng)，所以一般不會引起電壓閃變的現(xiàn)象。風(fēng)力發(fā)電站的運行，卻經(jīng)常引起電壓閃變。在風(fēng)波動的情況下，風(fēng)力機的速度變化引起緩慢的電壓閃變及電流變化。在熒光燈中出現(xiàn)閃變時，說明這些閃變及電流變化已經(jīng)大到可以被檢測到了。隨著風(fēng)電場容量的增大，閃變問題越來越突出。閃變是電能質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，是指經(jīng)過燈眼腦環(huán)節(jié)反映人對燈光照度波動的主觀視感。人對照度波動的覺察頻率范圍為0.050.35Hz，其中閃變敏感的頻率范圍約為612Hz。風(fēng)力發(fā)電引起閃變的原因包括風(fēng)力機組在持續(xù)運行時的功率波動、風(fēng)力機組在切入風(fēng)速時或在額定風(fēng)速時的起動、風(fēng)力機組的停機以及機組間的切換操作等。通常用來定量評估

18、閃變嚴(yán)重程度的參數(shù)有兩種:短期閃變值和長期閃變值。短時間閃變值的計算不僅要考慮電壓波動造成的白熾燈照度變化，還要考慮到人的眼和腦對白熾燈照度波動的視感。長時間閃變值由短時間閃變值推出，反映長時間(若干小時)閃變強弱的量值112.3 新能源接入影響電網(wǎng)潮流在電網(wǎng)接入適量新能源可以滿足當(dāng)?shù)夭糠重摵?，主網(wǎng)向該地區(qū)輸送的功率降低，電壓降落和網(wǎng)損都會有所減小。但是如果新能源特別是風(fēng)電接入容量持續(xù)增長，電網(wǎng)建設(shè)可能成為風(fēng)電裝機進一步增長的瓶頸。在正常運行方式 N-1 或其他情況下，某些線路的潮流可能會越限，因此在某些情況下，不得不限制風(fēng)電的出力，造成能源的浪費及經(jīng)濟上的損失。此外，新能源接入還會對接入點短

19、路電流、繼電保護、等方面產(chǎn)生不利影響。3 FACTS概述3.1 FACTS的定義FACTS(Flexible AC Transmission Systems)由美國電力科學(xué)研究院（EPRI）N.G.Hingorani博士首次提出4。FACTS指應(yīng)用于交流輸電系統(tǒng)的電力電子裝置，是綜合電力電子技術(shù)、微處理和微電子技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術(shù)。3.2 FACTS產(chǎn)生的背景電力輸電系統(tǒng)已進入大系統(tǒng)、超高壓遠距離輸電、跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的新階段，社會經(jīng)濟的發(fā)展促使現(xiàn)代輸電網(wǎng)的管理和運營模式發(fā)生變革，對其安全、穩(wěn)定、高效、靈活運行控制的要求日益提高，從而急需發(fā)展新的調(diào)節(jié)手段，

20、提高其可控性； 另一方面，控制理論、大功率電力電子、計算機信息處理等技術(shù)的蓬勃發(fā)展又為輸電控制手段的改善和升級換代不斷提供新的可能。在這種情形下，美國N. G. Hingorani博士首先較完整地提出了柔性交流輸電系統(tǒng)（flexible AC transmission system，F(xiàn)ACTS）的概念。FACTS自誕生始就受到各國電力科研院所、高等院校電力公司和制造廠家的重視，得到了廣泛的研究和迅速的推廣應(yīng)用，成為電力工業(yè)近20年來發(fā)展最快和影響最廣的新興技術(shù)領(lǐng)域之一。目前已發(fā)明了近20種FACTS控制器，部分已經(jīng)商業(yè)化并取得良好的成效，成為解決現(xiàn)代電網(wǎng)諸多挑戰(zhàn)的重要手段之一。3.3 FACT

21、S的基本原理FACTS以大功率可控硅部件組成的電力電子開關(guān)代替現(xiàn)有的機械開關(guān)，應(yīng)用大功率、高性能的電力電子元件制成可控的有功或無功電源以及電網(wǎng)的一次設(shè)備等，以實現(xiàn)對輸電系統(tǒng)的電壓、阻抗、相位角、功率、潮流等的靈活控制，將原基本不可控的電網(wǎng)變得可以全面控制5。在不改變電力系統(tǒng)現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的情況下改變系統(tǒng)參數(shù)，從而大大提高電力系統(tǒng)的高度靈活性和安全穩(wěn)定性，使得現(xiàn)有輸電線路的輸送能力大大提局。3.4 FACTS的特點FACTS的“柔性（flexible）”是指對電壓電流的可控性；如裝置與系統(tǒng)并聯(lián)可以對系統(tǒng)電壓和無功功率進行控制，裝置與系統(tǒng)串聯(lián)可以對電流和潮流進行控制；FACTS通過增加輸電網(wǎng)絡(luò)的傳輸

22、容量，從而提高輸電網(wǎng)絡(luò)的價值，F(xiàn)ACTS控制裝置動作速度快，因而能夠擴大輸電網(wǎng)絡(luò)的安全運行區(qū)域；像在直流輸電系統(tǒng)中那樣利用電力電子裝置實現(xiàn)對輸送功率的快速控制，以獲得最大的安全裕度和最小的輸電成本。靈活交流輸電新技術(shù)是基于電力電子技術(shù)和控制技術(shù)對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓、相位實行靈活、快速調(diào)節(jié)的一種交流電技術(shù)，它是由電力電子器件及其控制器與電容電感無源元件組成的，具有如下特性:（1）無機械磨損。由于采用電子式的開關(guān)操作，理論上可以無限次操作而沒有機械磨損，這就大大提高了系統(tǒng)控制的靈活性。（2）快速控制。FACTS具有快速的響應(yīng)速度(毫秒級)，這一點對暫態(tài)穩(wěn)定性的提高是至關(guān)重要的。這有利于阻尼系

23、統(tǒng)振蕩，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。（3）參數(shù)可調(diào)。被控系統(tǒng)參數(shù)既可以斷續(xù)，也可以連續(xù)地調(diào)節(jié)。利用這一點可設(shè)計控制器以提高系統(tǒng)的阻尼，改善系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。（4）潮流優(yōu)化。通過對FACTS設(shè)備的快速、平滑的調(diào)節(jié)，可方便、迅速地改變系統(tǒng)潮流分布?？刂戚旊娋€路的阻抗及相位角，按照實時輸電線路狀況，提供交變的電力傳輸方案，優(yōu)化電網(wǎng)潮流分布，合理安排有功功率傳輸通路。（5）提高輸電線路輸送能力，使輸電線路的輸送功率接近導(dǎo)線發(fā)熱極限6。（6）減輕系統(tǒng)事故的影響，防止因某些線路過負荷而引發(fā)的連鎖跳閘。（7）穩(wěn)定電壓。根據(jù)輸電線路負荷的輕重合理調(diào)整無功功率，控制輸電線路電壓保持在一定的技術(shù)要求范圍內(nèi)。3.

24、5 FACTS的分類FACTS是一種技術(shù)，這種技術(shù)包含了電力電子學(xué)在輸電領(lǐng)域除直流輸電(HVDC)之外的所有應(yīng)用。雖然FACTS控制器都具有提高輸電線和電網(wǎng)可控性的共同功能，但其安裝地點并不一定全在輸電系統(tǒng)上，也可以安裝在發(fā)電廠內(nèi)或供配電系統(tǒng)中，但一定皆可兼用于提高輸電系統(tǒng)的運行性能。故FACTS控制器可分為輸電型、發(fā)電型和供電型。柔性交流輸電系統(tǒng)所涉及到的具體設(shè)備根據(jù)連接方式大致可以分為3類，并聯(lián)型、串聯(lián)型和綜合型8。并聯(lián)型的第一代裝置是電容器和同步調(diào)相機，第二代產(chǎn)品是靜止無功補償器（SVC），這是目前應(yīng)用比較多的產(chǎn)品，第三代產(chǎn)品是高壓大功率SVG，是SVC 的升級產(chǎn)品。串聯(lián)型則包括可控串聯(lián)

25、電容補償器（TCSC）、同步串聯(lián)補償器（SSSC）等。綜合型主要是綜合潮流控制器（UPFC），即STATCOM和SSSC綜合起來的一個裝置。除此之外，F(xiàn)ACTS技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)還產(chǎn)生了所謂的DFACTS技術(shù)，也有人叫定制電力技術(shù)(Custom Power)，所用設(shè)備就是在配電領(lǐng)域所稱的電能質(zhì)量設(shè)備，包括上述設(shè)備和DVR、濾波器等。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新的高電壓、大功率的電力電子器件不斷出現(xiàn)，它為靈活交流輸電技術(shù)的實現(xiàn)打下了堅實的基礎(chǔ)。目前已成功應(yīng)用的或正在開發(fā)研究的FACTS裝置有十幾種，如：（1）靜止無功補償器（SVC）。典型代表是晶閘管投切的電容器(thyristor switch

26、ed capacitor,TSC)和晶閘管控制的電抗器(thyristor controlled reactor,TCR)。SVC使用晶閘管來快速調(diào)整并聯(lián)電抗器值及投切電容器組，并可兼有事故時的電壓支持作用，維護電壓水平，消除電壓閃變、平息系統(tǒng)振蕩等?？梢造o態(tài)或動態(tài)地使電壓保持在一定范圍內(nèi)，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果只是將這兩種無功補償器單獨使用,它們都有各自的缺點,單獨的TCR只能吸收無功功率,而不能發(fā)出無功功率;單獨的TSC對于抑制沖擊負荷引起的電壓閃變是不夠的。為了解決這些問題,可以將TCR與并聯(lián)電容器配合使用。這些組合而成的SVC的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補償裝置的無功功率,可以對無

27、功功率進行動態(tài)補償,使補償點的電壓接近維持不變。（2）靜止同步補償器（static synchronous compensator,STATCOM）。它的基本原理是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上,適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其交流側(cè)電流,就可以使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無功電流,實現(xiàn)動態(tài)無功補償。由于它將電壓源逆變技術(shù)應(yīng)用于無功補償領(lǐng)域,不需要大容量的電容,電感等儲能元件,因而大大地發(fā)展了傳統(tǒng)的無功控制概念。ASVG的重要特性是輸出的無功功率不受系統(tǒng)電壓的影響,在任何系統(tǒng)電壓的情況下,都能輸出額定的無功功率,與SVC相比,在系統(tǒng)故障的情況下靜止同步

28、補償器維持系統(tǒng)電壓、提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和抑制系統(tǒng)振蕩的作用較明顯9。在事故時電壓降低的情況下，STATCOM比SVC可提供更大的無功支持能力，具有一定的事故過載能力。如果并聯(lián)電容電蓄電池組或超導(dǎo)儲能電抗器所取代，則事故支持的時間還可延長。（3）超導(dǎo)蓄能器，（SMES）。此裝置由電力電子器件（SCR或GTO等）控制一個大容量超導(dǎo)蓄能線圈所組成，幾乎無損耗。放電/充電的效率在95%以上，但造價昂貴。SMES作為蓄能器，可快速供幾秒的備用電力；瞬時提供同步或阻尼功率以提高輸電的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性；提高遠距離輸電的輸送能力；延長發(fā)電設(shè)備壽命；提供無功功率以改進電壓穩(wěn)定性：改進電壓質(zhì)量等。采用GTO元件后

29、，可將SMES輸出的有功和無功功率彼此獨立地進行控制，故不僅對短期，而且對中期動態(tài)過程可產(chǎn)生良好影響。（4）可控串聯(lián)電容補償（TCSC）。TCSC的模塊主要由串聯(lián)電容和含有電抗、晶閘管開關(guān)的并聯(lián)回路組成,通過可控硅控制可以靈活、連續(xù)地改變補償容量,達到快速響應(yīng)的效果。TCSC有下列功能：潮流控制，由于可以連續(xù)改變線路電抗，因此可用來進行潮流控制，改變電網(wǎng)中的潮流分布；阻尼線路功率振蕩，可以阻尼由于系統(tǒng)阻尼不足或由于系統(tǒng)大擾動引起的低頻功率振蕩；提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，在系統(tǒng)受到大的沖擊時，可迅速調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角，改變串聯(lián)電容的補償度，以提高暫態(tài)穩(wěn)定性；抑制次同步振蕩（SSR），當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生SSR

30、時，迅速調(diào)整串聯(lián)電容器容抗至最小值，對于次同步頻率，TCSC呈感抗，這樣便會對SSR起很強的阻尼作用。（5）固態(tài)斷路器（SSCB）。如果采用晶閘管型的斷路器，則由于斷路器只能在交流第一次過零時斷開，其開斷延時將達幾個毫秒。如果采用GID、MCT或MTD_等電力電子元件，則電流可瞬時被切斷，效果將大為提高。美國SPCO工廠所生產(chǎn)的SSCB樣機，已達到15千伏、600安，可在4微秒內(nèi)完成開斷。（6）靜止同步串聯(lián)補償器(static synchronous series compensator, SSSC)與靜止同步補償器在結(jié)構(gòu)上有類似之處,都是以DC/AC逆變器為基本結(jié)構(gòu),它的基本原理是向線路注入

31、一個與電壓相差90°的可控電壓,以快速控制線路的有效阻抗、從而進行有效的系統(tǒng)控制。它在系統(tǒng)中的作用有些類似于TCSC,但是,它控制潮流的能力遠大于單方向減少線路阻抗功能的TCSC控制器,并且諧波含量小10。4 FACTS在有新能源接入的電網(wǎng)中的應(yīng)用4.1 FACTS對接入新能源的電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的作用并網(wǎng)風(fēng)電場一般采用感應(yīng)異步發(fā)電機直接并網(wǎng)的運行方式，在機端配備有無功補償電容器組，以提供感應(yīng)發(fā)電機在并網(wǎng)和運行時所需要的激磁無功。對于變頻恒速雙饋風(fēng)力發(fā)電機，由于與其配套的電力電子變流設(shè)備屬于AC/DC/AC型異步發(fā)電機，在換流時需要大量的無功。同樣，對光伏發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)前需將直流逆變?yōu)榻涣?/p>

32、，這也需要大量的無功支持?？傊驗樾履茉唇尤腚娋W(wǎng)時，在向系統(tǒng)提供有功功率的同時也要向系統(tǒng)吸收一定的無功，以滿足勵磁電流和轉(zhuǎn)子漏磁的需要，并網(wǎng)后系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性下降。因此，新能源發(fā)電機組在正常運行時就需要從電網(wǎng)吸收無大量的無功功率，在系統(tǒng)故障期間，更需要大量的無功功率來完成電壓的恢復(fù)。因此，必須加裝無功補償裝置維持和改善電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。對此，比較傳統(tǒng)的方法是投切電容器組。投切并聯(lián)電容器組雖然簡單易行，但明顯存在不足，特別是對于功率隨時發(fā)生大幅度變化的新能源線路。其一是投切的速度相對比較慢，另一方面，是不能平滑連續(xù)補償。FACTS由于其自身優(yōu)點，提供了極好的實時動態(tài)補償解決思路和方法。具體來說，可

33、以采用靜止補償器或靜止調(diào)相器進行無功補償。這有很好的比較優(yōu)勢。（1）相比固定電容器，采用動態(tài)無功補償SVC和STATCOM具有更快的電壓恢復(fù)速度。（2）采用固定并聯(lián)電容器補償無功，切除故障后電壓恢復(fù)過程中最高電壓超過了故障前的穩(wěn)定值;而采用SVC和STATCOM補償無功，切除故障后沒有出現(xiàn)電壓偏高的情況。這是由于固定并聯(lián)電容器只能輸出無功，起到無功補償?shù)淖饔茫鴦討B(tài)無功補償裝置既能輸出無功，在系統(tǒng)電壓過高的時候還可吸收無功功率，具有優(yōu)良的控制電壓能力。4.2 FACTS對接入新能源的電網(wǎng)電能質(zhì)量的作用4.2.1 改善閃變由于新能源電源輸出功率的波動，必然導(dǎo)致電源電壓的緩慢閃變。并且，接入的容量

34、越大，閃變問題越突出。對于風(fēng)電場，風(fēng)速的變化是產(chǎn)生電壓波動的主要原因，風(fēng)速變化使得風(fēng)機輸出有功功率波動；有功功率輸出需要從系統(tǒng)吸收無功功率，所需要的無功功率不能滿足，必然產(chǎn)生電壓波動。STATCOM 能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)電機組所需的無功功率進行動態(tài)補償，風(fēng)電機組所需的無功功率得到滿足，風(fēng)況變化引起的電壓波動得到有效抑制。在風(fēng)況變化時，STATCOM 裝置能夠連續(xù)、平滑的補償系統(tǒng)所需要的無功功率，能夠有效抑制風(fēng)況變化引起的電壓波動，使整個系統(tǒng)運行在穩(wěn)定狀態(tài)。4.2.2 改善電壓瞬態(tài)與暫降如前所述，光伏發(fā)電廠一般不會引起電壓突然變化，但是，在風(fēng)電廠中應(yīng)用時，不僅用于產(chǎn)生無功功率的每個電容器投切會激起電壓暫

35、態(tài)過程，并且地區(qū)負荷水平、風(fēng)電場接入點位置、風(fēng)速變化情況、風(fēng)電機組類型以及風(fēng)電場的無功補償狀況都會影響電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定。當(dāng)風(fēng)電場建立后，地區(qū)負荷水平、風(fēng)電場接入點位置、風(fēng)電機組類型、風(fēng)速變化已經(jīng)無法控制。但是對于電容器投切、無功補償卻可以改善和優(yōu)化。同時，雖然風(fēng)速變化導(dǎo)致的風(fēng)機發(fā)出功率的波動無法改變，但是，可以根據(jù)負荷功率調(diào)整風(fēng)電場實際輸出功率。FACTS裝置在這些方面有巨大的潛力。FACTS裝置控制電容器投切減弱電壓暫態(tài)過程。不采用傳統(tǒng)的機械式投切方法投切固定電容器，而采用FACTS的可控硅部件組成的電力電子開關(guān)代替現(xiàn)有的機械開關(guān)，大大縮短了暫態(tài)過程時間，從而阻尼系統(tǒng)振蕩，提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和可靠性。FACTS裝置的無功補償改善電壓暫態(tài)過程。采用靜止無功補償器或靜止同步補償器使用晶閘管來快速調(diào)整并聯(lián)電抗器值及投切電容器組，在風(fēng)電場出口處加裝動態(tài)無功補償裝置可以加強系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，并可兼有事故時的電壓支持作用，維護電壓水平平息系統(tǒng)振蕩, 可以靜態(tài)或動態(tài)地使電壓保持在一定范圍內(nèi),減弱或防止系統(tǒng)電壓的暫態(tài)過程和電壓突然變化。FACTS裝置調(diào)整、補償風(fēng)電場實際輸出功率。采用FACTS裝置控制的超導(dǎo)蓄能器掛接在風(fēng)電場出線上，根據(jù)不平衡功率的實際情況瞬時提供同步或阻尼功率，以補償不平衡功率，減少或平衡發(fā)電功率和負荷功率。超導(dǎo)蓄能器提供無功功率以改進電壓穩(wěn)定性，輸