概述
灵活交流输电（FACTS）技术是装有电力电子控制器以加强可控性和增大电力传输能力的交流输电系统，是现代电力电子技术与传统的潮流控制相结合的产物。它采用可靠性高的大功率可控硅元件代替机械式高压开关，使电力系统中影响潮流分布的三个主要电气参数（电压、线路阻抗及功率角）可按照系统的需要迅速调整，以期实现输送功率的合理分配，电压的合理控制，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统稳定性，可靠性。此项技术是实现电力系统安全经济、综合控制的重要手段。
FACTS的主要功能有：
较大范围地控制潮流、保证输电线输电容量接近热稳定极限、在控制区域内可以传输更多的功率、减少发电机的热备用、依靠限制短路和设备故障的影响来防止线路串级跳闸、阻尼电力系统振荡。
技术原理
（1）静止无功补偿器SVC：
静止无功补偿器的典型代表是晶闸管投切的电容器（TSC），和晶闸管控制的电抗器（TCR）。实际应用中，将TCR与并联电容器配合使用，根据投切电容器的元件不同，可分为TCR与固定电容器配合使用的静止无功补偿器，和TCR与断路器投切电容器配合使用的补偿器，以及TCR与TSC配合使用的无功补偿器。这些组合而成的SV C的重要特性是它能连续调节补偿装置的无功功率，进行动态补偿，使补偿点的电压接近维持不变，但SVC只能补偿系统的电压，其无功输出与补偿点节点电压的平方成正比，当电压降低时其补偿作用会减弱。SVC的主要作用是电压控制，采用适当的控制方式后，SVC也可以有阻尼系统功率振荡和增加稳定性等作用。目前，SVC技术已经比较成熟，国外从60年代就已经开始应用SVC，七十年代末开始用于输电系统的电压控制，经过几十年的发展，不仅将静止无功补偿器，用于输电系统的电压控制，也用于配电系统的补偿和控制，还可用于电力终端用户的无功补偿-电压控制。
（2）静止同步补偿器STATCOM：
静止同步补偿器也可以称为ASVG——有源静止无功发生器。它的基本原理是将自换相桥式电路直接或者通过电抗器并联到电网上，适当调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，就可以使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿。ASVG根据直流侧采用的电容和电感两种不同的储能元件，可以分为电压型和电流型。它可以通过控制其容性或感性电流，与系统交换无功，在任何系统电压的情况下，都能输出额定的无功功率，与SVC相比，在系统故障的情况下静止同步补偿器维持系统电压、提高系统暂态稳定性和抑制系统振荡的作用较明显；近二十几年，静止同步补偿器受到了国内外专家学者的普遍重视，日本从1980年研制出第一台20Mvar的强迫自换相的桥式ASVG，1991年又投入了一台±80Mvar的ASVG成功地运行在154k V的输电线路上，而美国于1995年投入了一台±100Mvar 的ASVG。我国清华大学和河南电力局共同研制成功了一台±20Mvar的静止无功补偿器，并于1999年在河南洛阳朝阳变电所投入运行。
（3）并联蓄能系统：
并联蓄能装置包括蓄电池蓄能系统（BESS）和超导磁能存储器（SMES）等，是采用并联式电压源换流器的能量存储系统，其换流器可通过快速调节向交流系统供给或吸收电能。将SMES用于两机系统的频率控制，可以有效地抑制两系统之间的频率偏移。也可将SMES与静止移相器相结合用于互联系统负荷频率控制。但这种超导储能装置不但技术要求高，而且在目前的条件下投资费用比较昂贵，大量投入系统运行还存在一定的困难。
（4）晶闸管控制的串联电容器TCSC：
晶闸管控制的串联电容器的模块主要由串联电容和含有电抗、晶闸管开关的并联回路组成，通过可控硅控制可以灵活、连续地改变补偿容量，达到快速响应的效果。TCSC在改善电力系统性能方面有很多优点，将TCSC用于高压输电系统，可发挥现有系统的潜力，提高功率传输极限，灵活地调节系统潮流，增加系统阻尼作用，是保证超高压电网安全稳定运行的重要措施。TCSC与其它FACTS装置相比，潮流控制功能比较简单，受到了GE、ABB和Siemens等大公司的关注和重视。在美国有三处已经安装了TCSC，并且运行良好，瑞典、巴西等国家也相继将TCSC投入实际运行。我国在伊敏电厂至齐齐哈尔地区的冯屯变电站的双回输电线上采用串联补偿技术。
（5）静止同步串联补偿器SSSC：
静止同步串联补偿器是以DC/AC逆变器为基本结构，它的基本原理是向线路注入一个与电压相差90º的可控电压，以快速控制线路的有效阻抗、从而进行有效地系统控制。它在系统中的作用有些类似于TCSC，但是，它控制潮流的能力远大于单方向减少线路阻抗功能的TCSC控制器，并且谐波含量小。
（6）晶闸管控制的移相变压器TCPST：
晶闸管控制的移相变压器是利用可控硅开关控制移相角度从而改变线路两侧的移相角来控制潮流的大小或方向。移相器的发展比较早，早在三十年代第一台移相器已经在美国投入运行，随着电力电子技术的发展，70年代开始各国电力专家将晶闸管与移相器相结合开始进行晶闸管控制的移相器TCPST的研究。经研究表明TCPST具有提高联络线传输潮流，抑制小干扰，提高系统稳定性，阻尼功率振荡，母线电压控制，规约联络线潮流等功能，晶闸管控制的移相器的控制速度快，相角阶梯可以很小，甚至达到无级调节，但晶闸管控制的移相器有一个缺点，它本身需要消耗无功功率，运行中一般需要与无功补偿装置联合使用，并且谐波的含量较高，因此对电能质量有一定的影响。
（7）可转换式静止补偿器CSC：
可转换式静止补偿器是近两年推出的FACTS控制器的一种新产品，它实际上是将基于同步变流器的串并联补偿器技术，通过在结构上实现柔性化，使其可以更加灵活地应对不断变化的电力系统要求。CSC是由2台电压源换流器、一个与输电线并联的变压器和2个串联的变压器组成。通过开关的转换实现补偿器的不同运行工作状态，根据控制目标的不同，CSC可以提供静止同步无功补偿器、静止同步串联无功补偿器、统一潮流控制器和线间潮流控制器4种基本控制方式。
（8）统一潮流控制器UPFC：
UPFC的概念是由美国西屋科技中心的L.Gyugyi于1992年首次推出的，统一潮流控制器是一种从原有潮流控制装置的基础上发展而来的新型潮流控制装置，它由一个并联的换流器和一个串联的换流器通过公共侧的电容耦合而成，仅仅通过控制量的变化就可以分别实现并联补偿、串联补偿或移相器的功能，也可以将三者的功能结合使用。通过不同控制策略的设计，UPFC不但可以用于控制母线电压，线路潮流、提高系统动态和暂态稳定性，抑制系统振荡，而且可以快速地转换工作状态以适应系统的紧急状态的需要。它被认为是FACTS家族中最有代表性、功能最强大和技术最复杂的成员。
（9）线间潮流控制器和广义统一潮流控制器：
近几年， 最新一代的FACTS 装置线间潮流控制器（ interline power f low cont roller， IPFC） 和广义统一潮流控制器（generalized unified power flow cont roller， GUPFC） 的提出和应用， 标志着FACTS 直接控制对象从交流输电线扩展到了交流电网。
IPFC 可以实现多线路潮流的灵活控制， 不但能够独立提供无功补偿， 还可通过直流侧电容的连接， 实现线路间的有功功率的传输， 从过载线上向欠载线上传输有功， 补偿线路的电阻性压降和相应的无功， 增加系统动态抗干扰能力， 可以优化整个电网配置， 平衡线路有功和无功。GUPFC是比UPFC功能更为强大的FACTS装置， 它拓展了U PFC 对节点电压和单条线路潮流的控制， 可同时控制多条线路或系统中某一子网络潮流。
国内发展和应用现状
我国自20 世纪90 年代开始系统地研究可控串补技术，并于2004年底建成投运我国第一个国产化TCSC工程——甘肃碧成220kV可控串补工程，使我国成为世界上继西门子、ABB、GE等控跨国公司之后，第 4个完全掌握可控串补设计制造技术的国家，2007 年10 月伊冯 500 kV 可控串补投运，这是目前世界上容量最大、额定电压最高的可控串补装臵。2009 年，电科院中电普瑞公司“柔性交流输电（可控串补）关键技术研究及应用”项目摘得国家科技进步一等奖以可控串补技术为代表的灵活交流输电技术，代表世界先进输电技术的发展方向，它利用先进电力电子技术提高电网输电能力、提升电网安全稳定水平，适用于超/特高压各等级电网，有力推动了我国交流输电技术的创新进程和产业升级。截至2008 年底，我国自主研发的串补装臵已在国内外 25 条输电线路上应用 33 套，总容量已超过10.87 Gvar，因采用该技术节省投资约 40 亿元、节省线路走廊 3200 km2。
随着我国电网规模的不断扩大，出现了一些新问题，如系统短路电流超标、超/特高压线路容性充电功率较高等，同时基于全控型器件FACTS 装臵的进步，客观促进了FACTS 技术在我国的进一步应用。2006 年，我国第一套50 Mvar 链式STATCOM在上海投运。我国自主研发的首套500kV 分级可控并联电抗器（SCSR）和首套500 kV磁控并联电抗器（MCSR）分别于 2006 年9 月在山西忻都开关站、2007 年9 月在湖北江陵换流站投运成功。故障电流限制器现在也已完成样机研制工作。
国外发展和应用现状
FACTS技术的发展及应用，美国一直走在世界前列.1982年，美国在BPA公司的500kV变电站中投运了一台84MW、最大功率10MW的超导磁能存储系统（SEME） ，消除低频振荡， 效果良好.1986年10月，由美国EPRI和西屋公司研制的±1Mvar静止无功补偿器（STATCOM）投入运行，这是世界上首台采用大功率GTO作为逆变器元件的静止补偿器. 1991年，美国AE公司在一条345 kV输电线上的三相常规串补中一相做了可控串补（TCSC）工业试验，次年就在Arizon的一条300km 、230kV、300MW的输电线上装设三相TCSC，把输电能力提高到400MW ，效果显著. 至1993年，美国EPI组织了八大电力公司进行了FACTS技术协作性全面应用研究. 美国电力（AEP）、西屋公司及美国EPRI合作，研制目前世界上唯一的UPFC——统一潮流控制器，并在Kenturky东部的Inez变电站装设. 这是目前为止容量最大的FACTS设备. 美国EPRI、西门子公司及许多电气公司在FACTS领域长期合作研究，推出了一种全新的可转换式静止补偿器（Convertible Static Compensator， CSC）的FACTS控制装置.该装置结合了包括统一潮流控制器（UPFC）在内的现有串、并联控制器的研究成果和运行经验，通过耦合变压器连接方式的改变实现对若干个电压源换流器的不同组合，以优化控制器结构，灵活应对系统变化，是灵活交流输配电系统中最新一代的控制器.
供应商信息
GE公司、ABB公司、Siemens公司
美国电力科学研究院
美国EPRI和西屋公司：±1Mvar静止无功补偿器（STATCOM）
美国AE公司
美国电力（AEP）、西屋公司及美国EPRI：统一潮流控制器
电科院中电普瑞公司
经典案例
自20 世纪70 年代以来， 随着电力电子技术、计算机技术和控制技术的迅速发展， 以提高输电线路的传输功率、提高电力系统的稳定水平、增强暂时过电压的控制能力、防止电压崩溃、增强系统的阻尼为目的的灵活交流输电技术（Flexible AC Transmission Systems） 得到了迅速的发展， 受到了各国电力界对这一新技术的高度关注。
一、四川电网的现状及存在的问题
20 世纪90 年代，随着装机容量为330 万kW 的二滩水电站的开工建设，四川拉开了500 kV 超高压输电系统建设的步伐。受多方面因素的影响，四川电网在2005 年以前的发展速度较为缓慢，截止到2005年底，全网共有500 kV 变电站7 座，开关站1 座，变电容量675 万kVA，线路长度3 083. 4 km。二滩水电站位于四川西南边陲的攀枝花市，远离负荷中心。发出的电力通过三回500 kV 线路送入近500 km 外的自贡500 kV 洪沟变电站。受电网结构薄弱的影响，系统稳定水平不高，致使二滩水电站丰水期约有40 万kW 容量被封锁。四川电网与华中电网联网后，因远距离向华中送电，一定程度上更降低了二滩电站送出系统的稳定水平。随着南充- 万县500 kV 线路在2004 年丰水期投产，川渝断面得到加强，但川渝断面总的稳定水平仍较低。四川500 kV 主网架和川渝断面的安全稳定问题仍主要集中在二滩送出线路的川电外送通道上。二滩电厂的稳定水平没有明显改善，电网的安全运行依然高度依赖于川电东送安控系统。
二、FSC 在四川二滩500 kV 送出通道——普提500 kV 开关站的运用
普提500 kV 开关站位于凉山彝族自治州昭觉县，海拔2100 m，日温差25 K，有三进三出共6 回500kV 线路。
为解决二滩水电站丰水期约40 万kW 容量被封锁的问题，经系统论证，确定采用在普提开关站至二滩Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ回出线上各加装1 组315 Mvar 固定串联电容补偿装置（ FSC，补偿度为40%） 和架设长约261km 的普提至思蒙的500 kV 送电线路（ 即“前三后四”中间加串补方案） 。
FSC 项目于2003 年开始启动，2004 完成立项审查，2005 年完成主设备采购合同谈判并于同年开工，2006 年11 月全部建成投运。
普提串联电容补偿装置（ FSC） 主要由电容器组、金属氧化物变阻器（MOV） 、放电间隙、阻尼电抗器、旁路开关、绝缘平台、保护和控制系统组成， 装置采用MOV、放电间隙及旁路断路器对电容器进行保护。该FSC 装置的基本接线如图1 所示。
图1 FSC 装置的基本接线
为检验设备的性能及保护动作情况，四川省电力公司于2006 年11 月利用人工单相接地短路试验对其性能进行了考核。结果表明，设备性能和保护动作情况满足设计要求，达到了预期的目的。
FSC 装置及普提- 思蒙500kV 线路建成后不但解决了丰水期二滩水电站被封锁的40 万kW 的电力送出问题， 而且解决了即将开发的位于普提开关站近区累计约1 165.9MW 的西溪河、美姑河、黑水河上的众多中小型水电站的电力送出问题。
三、SVS装置在川电东送500kV 输电通道枢纽变电站——洪沟500 kV 变电站的运用
四川西部的水电经川渝、渝鄂电网联络线送入华中和华东地区。经系统稳定计算，2006~ 2008 年丰水期川渝外送不满足送电需求，需要采取措施提高川渝断面的输电能力。
随着二普、万龙串补的投运以及永川、广安等站投运，川渝、渝鄂断面的输送极限有了大幅提高。但川电东送电源基地主要集中在川西南的二滩电厂以及川西石雅崇地区，送电容量大，大功率穿越四川与重庆电网，而川渝电网网架相对薄弱，川电外送南通道动态电压支撑明显不足。发生故障后，潮流转移过程中的电压振荡导致负荷的波动可能加剧系统振荡。川渝、渝鄂断面在2007、2008 年不能满足送电需求。
为充分发挥现有500 kV 线路的输电能力，在川电东送通道上安装静止无功补偿装置，利用其快速、动态的电压无功支撑能力抑制通道上的电压波动、阻尼系统振荡，进而提高输电能力具有巨大的现实意义。经系统论证在四川500 kV 洪沟变电站、重庆500kV 陈家桥变电站和重庆500 kV 万县变电站分别安装一套容量为120 Mvar、120Mvar、180 Mvar 的静止无功补偿装置可以提高输电系统稳定性。
洪沟500 kV 变电站的静止无功补偿系统SVS 的配置为: 容量为120 Mvar 的TCR，容量为40 Mvar（装见容量49. 6 Mvar）的5 次谐波滤波电容器成套装置，容量为5 & 40Mvar 的MSC，容量为3 & 45Mvar（5 组设备，选投其中3 组）的MSR，SVS 系统稳态无功调节范围达到240Mvar（容性）~ 215 Mvar（感性），回路可调感性无功为0~ 120Mvar。
洪沟500 kV 变电站静止无功补偿系统SVS，是这三套静止无功补偿系统中最先投产，并进行了完整的调整试验和电力系统试验。它于2005 年初开始进行系统研究，年底完成技术条件和规范的研究，同时完成采购和示范工程设计，2006 年2 月破土动工，6 月建成； 7 月初经过72 小时试运行后投入使用。11 月22 日完成电力系统大小扰动试验，至今SVS 系统运行正常。SVS 系统的投运增加系统输电能力10~ 21万kW，增强了系统安全稳定水平，收到明显的经济和社会效益。
参考文献
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