概说FACTS
>　　谭恢曾　　湖南省电力公司（湖南长沙410007）
　　
　　随着电力电子技术飞速发展，采用以晶闸管为代表的半导体开关，利用计算机技术与通信技术，通过主动、高速控制输电线路电压大小、电压相位以及电抗（波阻抗）3个要素，使得现有输电系统呈现出更大的柔韧性：输电容量可较大地突破自然功率限制，并可有效控制网络内日趋复杂的电力潮流。这就是开发FACTS（FlexibleACTransmissionSys－tem，即柔性交流输电系统）的目的。虽然在FACTS中，同样要受到电压、频率、潮流与稳定度的限制，但这是在新的高度或层次上的限制，相对于原有系统存在的刚性约束，在FACTS中不复存在，这就是与交流系统相比较而存在的“柔”，FACTS是一种提高输电容量、增加稳定度的新型系统。

2　FACTS：定义与要素元件
2．1　FACTS定义
1988年美国EPRI（电力研究所）的N．G．Hin－gorani提出FACTS概念，指出如果能够通过电力半导体开关实现360°相位控制的话，电力系统的潮流控制便有可能，利用现有的电力传输系统可以输送更多的电力。并预言：“未来20a，美国电力系统将变成与现在完全不同的形式”。自那以后，世界许多国家对电力电子器件在电力系统的应用展开了广泛的研究。
　　1995年IEEE与CIGRE（高电压大电力系统国际联合会，1921年成立于法国，属非政府、非盈利性国际协会）在共同发行的《FACTSOverview》（《FACTS综述》）中正式确定FACTS定义是：应用电力电子技术及其它静态控制器，增加系统可控度与提高输电容量的交流输电系统。从这个定义知道，FACTS包含3层意义：
　　a．FACTS代表的是一种交流输电系统，不过它的柔韧性更好，有别于现有的交流输电系统；
　　b．FACTS结构基础是电力电子器件与其它（如电容器、电抗器之类）静态控制器件；
　　c．FACTS的目的，一是提高输电系统可控度；二是增强系统输电能力。
2．2　FACTS要素元件
　　从定义可知FACTS要素元件分2大类。一类是以晶闸管为代表的电力电子器件，一类是以电容电感为主的静态补偿元件。
　　晶闸管SCR（SiliconControlledRectifier）称可控硅，是一种具有3个PN结的4层半导体器件。晶闸管用作开关电器是由于它独特的伏安特性。有关这方面知识读者可以参阅其它内容，本文只提2点：一是栅可断GTO（GateTurnOff）晶闸管，与普通晶闸管相比，栅极可自主关断，使得采用GTO构成的自励式装置有更高的调控性能；二是电力电子器件能够用于高电压大电流网络，全在于自身的参数提高与技术成熟。为了便于读者对这方面有个大体的了解，表2列出2种日本东芝产的代表性产品技术参数。

3　FACTS装置简介　　
　　根据FACTS定义可知，凡是采用了电力电子技术与静态控制元件以提高可控度和传输能力的设备都可以称为FACTS装置。现代高压直流输电以晶闸管阀为主组成的换流器，非同期地联络2个交流系统，如我国的葛——上（葛洲坝——上海）线，只能算作广义上的FACTS设施。而静止补偿器SVC（StaticVarCompensator）简称静补，才是真正意义上的FACTS设备。本节以SVC为主介绍FACTS装置。

注：表2中所列数据取自日刊《综合电气杂志OHM》1998.11

3．1　基本工作原理图1系SVC基本原理示意图。　
　　根据图1，假定无穷大电源经电抗向电感性负荷供电，供给感性无功功率Q_L，在U_L处安装SVC后，令SVC供给的容性无功功率在数值上Q_C＝Q_L，电源供给的无功功率为Q_S＝Q_C＋Q_L＝0，这意味着电源不必与负荷进行无功电力的交换，抑制了U_L处电压因无功负荷涨落造成的变化。以下分2种情况进一步说明。
a．SVC调整电压
　　图2表示接入SVC维持电压稳定的电路模型64与电力——电压特性曲线。图2a假定与负荷并联的SVC中流入电流jI_C，根据负荷情况I_C可及时调节。假定母线电压U_S＝1．05pu，X＝0．2pu。电力——电压特性曲线表示负荷变化时在SVC调整下负荷与电压之间的变化趋势。I_C＝0pu表示SVC不工作，无补偿时负荷大约为1．45pu。负荷增加时，调整SVC，提供进相无功补偿。图2b表示I_C＝0．2，0．4，0．8，1．2pu（进相）时的负荷电力——电压特性曲线。从图2b对应曲线可以看出：SVC补偿之后，既维持了电压稳定，又增加了电网的可供出力。反之在轻负荷下，由SVC提供迟相补偿，图2bI_C＝－0．2pu（迟相）曲线所示，限制了电压升高，维护了轻负荷下的电压稳定。


　　b．SVC提高稳定度
　　图3a表示利用SVC控制电力摇摆提高稳定度的电路模型。假定发电机经串联电抗向无穷大电网送电，串联分压使线路电抗中点电压降低（参见图3中无SVC的电压变化）。若在此处安装SVC，则由于SVC补偿使电压增加，抑制了因电压降低可能造成的电力摇摆，提高了供电稳定度。
　　3．2　SVC3种接线方式　　
　　第1种方式称为晶闸管开关电容器TSC。这种方式只能分级控制，调节进相无功电力。
　　第2种称为晶闸管控制电抗器TCR。通过改变电感L实现对电抗的控制。这种方式可连续控制从进相到迟相的无功电力。
　　第3种称为自励式变换器SCC。自励式变换器作补助电源，通过调整变换器输出电压，可连续控制从进相到迟相的无功电力。与前者显著不同的是，这种SVC采用GTO晶闸管作开关元件。
3．3　晶闸管阀与SVC控制框图
　　SVC中使用的晶闸管阀由若干个晶闸管串联而成。图5所示为100MV·ASVC中使用的晶闸管阀一相连接图。图中3个虚线框表示3个内容相同的联接组件，第一个虚线框放大表示一个组件联接情形：由7个光触发晶闸管反向并联联接单元构成组件，采用纯水冷却。为防止从母线窜入感应雷击，组件两端并联了避雷器。
　
　　图6是SVC控制框图，表示根据SVC的设置目的确定3种控制模型：根据无功电力给定值确定的无功电力控制、根据电压给定值确定的定电压控制和按照有功电力与系统频率变化增量ΔP与Δf确定的稳定度控制。借助计算机与通信系统，[1][2]下一页