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1、交流柔性输电系统（FACTS ）基本概念和储能技术1 FACTS的基本概念FACTS （Flexible AC Transmission System）的概念是由美国电力科学研究院 电力专家N.G.Hingorani博士于1986年提出，是指装有电力电子型或其他静止型 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。电力传输的柔性/灵 活是值电力传输系统在维持足够稳态和暂态稳定裕度的条件下适应电网及其运 行方式变动的能力。FACTS是日新月异的电力电子技术与电力系统的阻抗控制组件、功角控制 组件及电压控制组件（如补偿电容，并联电容，电抗，移相器，电气制动电阻等） 相结合的产物，也是现代控制
2、技术、计算机技术、通信技术、半导体技术取得重 大突破的结果，FACTS的主要内涵是用大功率电力半导体器件代替传统的机械 开关，改变了过去交流输电系统慢速、不精确的控制和优化，从而使电力系统中 影响潮流分布的三个主要参数：电压、线路阻抗和功率能按照系统的要求迅速调 整。在不改变网络拓扑结构的情况下，使网络的输送能力以及潮流和电压的可控 性得到很大的提高。FACTS的核心技术是电力电子技术，电力电子技术与先进 的信息处理技术和控制理论相结合，促生了 FACTS的概念和推动其持续、迅速 地发展。2 FACTS的功能和种类FACTS装置还能实现提高系统稳定性，限制短路电流，防止连锁调闸，阻尼 振荡，减
3、少热备用，增强事故支援能力，改善电能质量等功能。FACTS由大功率 电力电子主电路和检测、保护、控制电路构成，前者是关键，后者保障了装置快 速精确，安全可靠地运行。现在用于实际电力系统中的FACTS装置主要有SVC （静止无功补偿器）、STATCOM（静止同步补偿器）、TCSC （晶闸管控制串联电 容器）、UPFC （统一潮流控制器）和SSG （静止同步发电机）等。FACTS与HVDC的比较FACTS和HVDC都是基于大功率电力电子技术发展起来的，而且在很多方 面（如电路结构、功能）具有相似性。现代电力系统中采用HVDC和FACTS的 最终目标是统一的，即提高电力系统的整体运行性能。与 HVD
4、C不同的是， FACTS通过调节电网参数实现“间接”控制电网的目的，因此其容量较HVDC要 小，不需要改变原来的电网结构。4 储能技术在FACTS中的应用迄今为止，电力系统仍然缺乏有效的大容量储存手段，发电、输电、配电与 用电必须同时完成，这就要求系统始终处于动态平衡状态中，瞬时的不平衡，比 如线路发生短路故障有可能导致系统的功角失稳。大功率变换技术和储能设备相 结合，形成了新型的储能型FACTS装置。因此近年来，人们开始采用超导储能 技术（SMES）、蓄电池储能技术（BESS）、飞轮储能技术（FESS）和超级电容器 储能（SCES）技术提高电力系统的暂态稳定性。该类型的FACTS装置与传统的
5、 无功补偿FACTS装置STATCOM不同，能迅速地吸收或释放有功功率、无功功 率，实现四个象限运行，因此实现了潮流控制，电力调峰，提供系统备用容量、 改善供电品质、提高电力系统动态性能等功能。电能储存技术的开发和利用将给 电力系统带来技术、经济和性能上的巨大效益。随着各种电能存储技术的实用化， 电能储存应用将成为21世纪电力系统发展的重要方向。表2-1为各种储能技术 的对比。表2-1各种储能技术的对比储能方式优点缺点应用方向蓄电池储能（BESS）容量大，技术 成熟，成本低 廉充电时间较长，寿命有限调峰，电能质量调节，可靠 型，备用电源，能量管理， 削峰，分布式发电，UPS超导储能（SMES）
6、容量大，转化 效率高，响应 速度快，运行 灵活成本太高；需要压缩机维持低 温，系统复杂，需要定期维护； 体积大，不便安装、运输。电能质量调节，输电系统稳 定，UPS飞轮储能（FESS）能量密度较 大，占据空间 相对较小，效 率高、建设周机械运动结构；不能快速地释 放其储存的能量，功率密度低调峰，频率控制，电能质量调节，UPS期短、寿命长超级电容器（SCES）功率密度大、 充电能量密 度高的，可快 速充放电，且 使用寿命长电压等级低，能量密度较蓄电 池小电能质量，电动汽车5 FACTS的基本概念FACTS （Flexible AC Transmission System）的概念是由美国电力科学研
7、究院 电力专家N.G.Hingorani博士于1986年提出，是指装有电力电子型或其他静止型 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。电力传输的柔性/灵 活是值电力传输系统在维持足够稳态和暂态稳定裕度的条件下适应电网及其运 行方式变动的能力。FACTS是日新月异的电力电子技术与电力系统的阻抗控制组件、功角控制 组件及电压控制组件（如补偿电容，并联电容，电抗，移相器，电气制动电阻等） 相结合的产物，也是现代控制技术、计算机技术、通信技术、半导体技术取得重 大突破的结果，FACTS的主要内涵是用大功率电力半导体器件代替传统的机械 开关，改变了过去交流输电系统慢速、不精确的控制和优化，从
8、而使电力系统中 影响潮流分布的三个主要参数：电压、线路阻抗和功率能按照系统的要求迅速调 整。在不改变网络拓扑结构的情况下，使网络的输送能力以及潮流和电压的可控 性得到很大的提高。FACTS的核心技术是电力电子技术，电力电子技术与先进 的信息处理技术和控制理论相结合，促生了 FACTS的概念和推动其持续、迅速 地发展。6 FACTS的功能和种类FACTS装置还能实现提高系统稳定性，限制短路电流，防止连锁调闸，阻尼 振荡，减少热备用，增强事故支援能力，改善电能质量等功能。FACTS由大功率 电力电子主电路和检测、保护、控制电路构成，前者是关键，后者保障了装置快 速精确，安全可靠地运行。现在用于实际
9、电力系统中的FACTS装置主要有SVC（静止无功补偿器）、STATCOM（静止同步补偿器）、TCSC （晶闸管控制串联电 容器）、UPFC （统一潮流控制器）和SSG （静止同步发电机）等。7 FACTS与HVDC的比较FACTS和HVDC都是基于大功率电力电子技术发展起来的，而且在很多方 面（如电路结构、功能）具有相似性。现代电力系统中采用HVDC和FACTS的 最终目标是统一的，即提高电力系统的整体运行性能。与 HVDC不同的是， FACTS通过调节电网参数实现“间接”控制电网的目的，因此其容量较HVDC要 小，不需要改变原来的电网结构。8 储能技术在FACTS中的应用迄今为止，电力系统仍
10、然缺乏有效的大容量储存手段，发电、输电、配电与 用电必须同时完成，这就要求系统始终处于动态平衡状态中，瞬时的不平衡，比 如线路发生短路故障有可能导致系统的功角失稳。大功率变换技术和储能设备相 结合，形成了新型的储能型FACTS装置。因此近年来，人们开始采用超导储能 技术（SMES）、蓄电池储能技术（BESS）、飞轮储能技术（FESS）和超级电容器 储能（SCES）技术提高电力系统的暂态稳定性。该类型的FACTS装置与传统的 无功补偿FACTS装置STATCOM不同，能迅速地吸收或释放有功功率、无功功 率，实现四个象限运行，因此实现了潮流控制，电力调峰，提供系统备用容量、 改善供电品质、提高电力
11、系统动态性能等功能。电能储存技术的开发和利用将给 电力系统带来技术、经济和性能上的巨大效益。随着各种电能存储技术的实用化， 电能储存应用将成为21世纪电力系统发展的重要方向。表2-1为各种储能技术 的对比。表2-1各种储能技术的对比储能方式优点缺点应用方向蓄电池储能（BESS）容量大，技术 成熟，成本低 廉充电时间较长，寿命有限调峰，电能质量调节，可靠 型，备用电源，能量管理， 削峰，分布式发电，UPS超导储能（SMES）容量大，转化效率高，响应成本太高；需要压缩机维持低 温，系统复杂，需要定期维护；电能质量调节，输电系统稳 定，UPS速度快，运行 灵活体积大，不便安装、运输。飞轮储能(FESS)能量密度较 大，占据空间 相对较小，效 率高、建设周 期短、寿命长机械运动结构；不能快速地释 放其储存的能量，功率密度低调峰，频率控制，电能质量调节，UPS超级电容器(SCES)功率密度大、 充电能量密 度高的，可快 速充放电，且 使用寿命长电压等级低，能量密度较蓄电 池小电能质量，电动汽车
