王野平武志刚张 尧（广东电力集团公司 广州 510600）（华南理工大学电力学院 广州 510640）
1 引言
与以往的电力系统相比，必须着重和充分地考虑运行时的经济性及系统对环境的影响是现代电力系统的一个重要的特点。这意味着发电厂往往不能坐落在负荷密集、人口密集的城镇区域，因此长距离、大容量的功率传输不可避免。这就使得传输越限和系统失稳等问题格外突出。在市场机制被引入到电力工业中的时候情况将变得更加复杂，因为为了满足电能生产者和消费者的需求，要求系统的运行更加灵活高效。
在过去的数十年的时间里，电力电子技术（尤其是门极可控晶闸管，即GTO）发展得十分迅速。这就为克服上面提到的困难提供了有力的手段。目前已有多种FACTS（灵活交流输电系统，FlexibleACTransmissionSystem）设备用来增强系统在正常工作方式和紧急工作方式下的运行手段。本文中首先介绍了在电力系统中电力电子设备的控制原理［1－6］，并讨论在中国开发和应用FACTS设备的可行性，实例说明了FACTS设备的灵活控制作用。
2 电力系统中电力电子控制的原理
GTO的一个突出的优点就是其反应的快速性，这有助于FACTS设备对电力系统进行实时地控制。FACTS设备对电力系统的影响可以分为两大类，分别是正常工作方式下的影响和紧急工作方式下的影响。
2．1 正常工作方式下的影响
2．1．1 功率补偿
电力系统中存在两种补偿方式，分别为串联补偿和并联补偿。
从功率补偿的角度来考虑，串联补偿的主要目标是提高有功功率的传输能力，这通常用TCSC（可控串联电容补偿器）来实现。图1表示的是一个含串联补偿的简单系统。
如果传输线两端电压的幅值可被看作近似恒定的值，则沿此传输线传输的有功功率可表示为
注意XC是负数，因此XΣ减小了。还可看出，VC是反电势，因此θSL增加了。从（1）式中可以看出，装设TCSC可以提高所传输的有功功率P。装设普通的串联电容器也可以提高功率的传输能力，但是TCSC可以提供实时的控制，能够满足多种不同的需求。
SVC（静止无功补偿器）可以通过所联接的母线向系统注入恒定的无功功率，进而支持所联接母线的电压，因此SVC是主要的并联补偿手段。SVC和普通的并联电容器的最主要的区别是SVC可以控制其产生的无功功率为恒定的值，而普通的并联电容器产生的无功功率是与加在其两端的电压的幅值的平方成正比的。SVC的这个重要特性使得它能在母线电压很低时产生更多的无功功率以维持电压稳定。
2．1．2 潮流控制
潮流控制包括抑制功率环流、功率隔离以及改善运行的经济性等。
当网络的拓扑结构不合理或系统中某部分的负荷过重时，就有可能出现功率的环流。功率环流往往会使系统的运行条件恶化。如果能够通过控制某条传输线路上的潮流来消除功率环流，则系统所受到的压力将得到减轻。
从全系统的角度考虑，可以通过多种方式满足用户的需求。然而对某个特定的电力公司而言，显然存在一个如何获得最大利润的优化问题。利用FACTS设备可以允许调度人员选择并控制潮流的走向，同时可以防止不适当的功率“侵入”到本公司的网络中。
在电力市场的条件下，系统中的任何一方（包括发电厂、传输网络和用户等）都希望从电力系统的运行中获得最多的收益。因此如何使系统运行在更加经济的方式下是至关重要的。这包括选择开价更低的电力供应者、降低网损和优化潮流等。所有这些都可以轻易地利用FACTS设备来实现。
2．2 紧急工作方式下的影响
2．2．1 阻尼振荡
尽管现代电力系统已经非常庞大复杂，仍可认为它是由若干关键联络线路连接而成的几个子系统的组合。在某些特殊的运行方式下，在这些联络线路上会发生振荡。这可能导致整个系统的失稳，也可能降低区域间的功率传输能力。
FACTS设备可以被用来克服这一难题。当研究振荡的问题时，如果能合理地整定FACTS设备（如SVC或CSC等）的参数，则可以把它们当作附加在特定发电机的阻尼转矩上的等效转矩。
2．2．2 增强暂态稳定性
暂态稳定问题经常伴随着阻尼振荡的问题。二者的区别在于，前者往往着重考虑传输线路上的问题，而后者往往着重考虑发电机上的问题。文献［7］将UPFC看成STATCON、ACSC和可控移相变压器的组合。可以在线整定UPFC的最优参数，使得P－δ特性得到显著改善。
2．3 FACTS设备的其他应用［8－10］
FACTS设备还可被用来解决次同步振荡和谐振等问题。还可将其用到高压直流线路上，来增强对系统的控制。
3 FACTS技术在中国的发展和应用
当前中国的电力工业发展极为迅速，能支持经济可持续健康发展的现代电力系统正在形成。当三峡工程竣工之后，将实现全国范围内的联网。当然，在中国也出现了在其他发展中国家曾发生的问题。由于中国仍是一个发展中国家，对电力工业发展的财政支持在相当长的时间内还将受到限制。同时，环境保护的问题也更加突出。新的电厂和电网的建设必须考虑这些问题。
作为一个解决方案，如何更有效的利用现有的设备和条件是摆在中国电力工业面前的一个极为重要的课题。FACTS设备的一个目标就是在不牺牲系统安全性的前提下使现有设备得到最大的利用，即使在达到设备的热稳定极限的情况下也能保证系统的安全运行。使用FACTS设备可以减少对新传输线路建设的要求，提高系统运行的有效性。
当前TCSC在中国已有实际的应用，如东北电网的伊敏——冯屯500kVTCSC系统［11］，南方电网的TCSC系统等。研究表明，TCSC的装设对改善互联系统的动态稳定性、暂态稳定性和电压稳定性都有好处。TCSC以其稳定易用、适应性强的特点在电力系统有良好的前景。下面的算例进一步分析了在南方电网中装设UPFC以控制潮流的可能性。
4 算例分析
本算例主要考虑广东电网与香港电网互联的潮流控制问题，系统的联络部分示于图2。
从图2中可以清楚地看出，广东电网主要通过两条路径向香港地区供电。第一条路径上的功率来自大亚湾核电站，其1、2号机的75％的电力都经由核电50万伏变电站供往香港；另一条路径上的功率来自广东电网的其他部分，经由深圳50万伏变电站供往香港。在通常的情况下，大亚湾1号机的全部出力（共945MW）和2号机的部分出力输送到香港，2号机的其他出力经惠州50万伏变电站输往粤东。
此时UPFC对潮流的控制作用与式（1）类似，示于式（2）：
其中P是传输线上规定传输的有功功率；
U1，U2是线路两端节点电压的幅值；
δ12是线路两端节点电压的相角差；
x是传输线的电抗。
当考虑将FACTS设备的模型加入到潮流方程中时通常有两种方法。在第一种方法中FACTS设备与系统是解耦的，在解潮流方程时FACTS设备常被看作注入功率；当获得了潮流解后，所得到的电压和功率等量被用来确定FACTS设备的参数；重复这样的迭代，直到得到满意的解。第二种方法联立求解FACTS设备模型和潮流方程，不需经过迭代，但方程组的维数增加了。
当香港地区处在通常的负荷水平时（如总计5657kW），潮流的分布就是前面讨论的情况。此时核电2号机的多数出力都输往惠州，核电——惠州线路上的潮流为858MW左右。当香港地区的负荷需求达到6900MW时，广东电网已经很难满足这种需求，因为此时核电2号机的多数出力仍输往惠州。与此同时，从潮流分布图中可以看出，这时东莞——惠州线路上传输的功率仅为210MW，联接核电50万伏变电站与香港地区的联络变压器上流经的功率只有385MW。显然东莞——惠州线路及核电——香港联络变压器均未得到充分应用。如果这些设备能得到充分应用，则由广东电网向香港地区供电的能力必然增加。
假设在核电——惠州线路上装设了UPFC，控制所传输的[1][2]下一页
