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【摘 要】在电力供电供应输送过程中，电力传输中产生的损耗给国家及人民造成较大的损失，用户对电力供应的要求也越来越高，如何应用新技术减少输电线路损耗的研究迫在眉睫。本文对柔性输电系统FACTS及其各种控制器进行了综述，并对UPFC进行了具体的介绍。充分体现出智能电网在降低线路损耗中发挥着重要作用。
【关键词】智能电网；柔性交流输电系统FACTS；统一潮流控制器UPFC
一、智能电网的背景
智能电网提出的技术与国家战略背景：“互联网”的普及、电子信息技术及计算机软件技术的飞速发展，大大推动了全球信息化进程。“地球村”、“数字地球”等概念逐渐体现了人类信息交流的时空跨越，速度与效率的倍增。
“物联网”应用趋势，建立人与物、物与物之间的联系，随着新一代互联网协议IPV6的部署，IP地址不再受限，为物联网扫除了网络容量的限制。
“智能电网”，电网设备的智能化、数字化与网络化为电网的信息化、互动化与自动化创造了条件。
中国最新定义为：统一坚强智能电网，（统一是前提，含统一规划、统一标准、统一建设；智能为感知、自律、自主、自愈、自学习、自适应、自调节、分析与决策，体现安全可靠、经济高效、清洁环保、灵活互动、友好开放）。
总之，智能化电力设备最终的技术要求将达到：测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化及信息互动化。
二、柔性交流输电系统FACTS及其控制器概述
1．FACTS功能和定义。建立在电力电子或其它静止型控制器基础之上的、能提高可控性和增大电力传。输能力的交流输电系统。FACTS代表一种灵活性更好的交流输电系统，有别于以往的交流输电系统；FACTS结构基础是电力电子器件与其它（如电容器、电抗器之类）无源元件的组合；FACTS的目的是要提高输电系统的可控性、保证电能质量，并能增强系统传输能力。
2．FACTS控制器的基本类型。并联型控制器分：静止同步补偿器、静止同步发生器、电池储能系统、超导磁能系统、超导磁能存储器、静止无功补偿器、晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器、晶闸管投切电抗器、静止无功发生器或吸收器、静止无功系统、晶闸管控制的制动电阻器。串联型控制器分：静止同步串联补偿器、线间潮流控制器、晶闸管控制串联电容器、晶闸管投切串联电容器、晶闸管控制串联电抗器、晶闸管投切串联电抗器。串并联组合型控制器分：统一潮流控制器、晶闸管控制移向变压器，相间潮流控制器。其他控制器：晶闸管控制的电压限制器、晶闸管控制的电压调节器。
用于稳态运行的FACTS控制器有：（1）晶闸管控制移相器（PS）：此控制器是一种电子移相变压器，用晶闸管调节以提供一个迅速变化的相位。（2）有载调压器分接头（LTC）：如果分接头的变化是受晶闸管开关的控制，则LTC可以看作是一个FACTS得控制器。（3）晶闸管控制电抗器（TCR）：一种并联型的晶闸管相控电抗器，通过控制阀的导通时间，它的有效电抗可以连续变化。（4）晶闸管控制的串联电容器（TCSC）：此控制器由一个串联电容器组并上晶闸管相控电抗器。用以提供平稳变化的串联感性电抗。（5）相间功率控制器（IPC）：这是一种串联型的控制器，它的每一相由分别受独立移相电压幅值控制的感性和容性的支路组成，有功功率控制就是指独立设置或者有两个移相器和两个可变电抗器调谐设置，无功功率控制和有功功率无关。（6）静止同步补偿器（STATCOM）：这是一个同步的调相机，与交流系统并联，通过调整输出电流可以控制节点电压幅值或者母线中的无功功率大小。（7）静止同步串联补偿器
（SSSC）：与上一个STATCOM相似，但它與交流系统是串联的，通过调整输出电流可以控制节点电压的幅值或者串联变压器终端的无功功率大小。（8）统一潮流控制器（UPFC）：一个静止SSSC和一个静止同步补偿器通过共同的直流电容器连接在一起，构成了统一潮流控制器。UPFC通过相位不受限制的串联电压注入。可以同时或者选择性的控制输电线路的阻抗，节点电压幅值以及流经有功无功的潮流，他还可以独立的提供可控的并联无功功率的补偿。（9）静止无功补偿器（SVC）：是一种并联型的无功发送或者吸收器。（10）高压直流（HVDC）输电：由一个整流站和逆变站组成的控制器，整流站和逆变站通过背靠背方式或者通过直流电缆联接。
三、统一潮流控制器UPFC
1．UPFC的简单介绍。世界上第一台UPFC装置是美国电力公司（APE）、西屋公司（WESTING HOUSE）以及美国电力科学研究院（EPRI）于1998年在KENTUCKY东部的INZE变电站138KV高压输电线路上安装的UPFC系统，其串联部分即同步静止串联补偿器（SSSC）和并联部分即静止同步补偿器（STATCOM容量各为160MVA，合计320MVA，其中并联部分于1997年7月完成，串联部分SSSC于1998年6月投入运行。2003年5月韩国在kangjin变电站安装了额定容量80MVA的UPFC装置，该装置由40MVA的串联部分和40MVA的并联部分组成。
2．UPFC的提出和作用。统一潮流控制器（UPFC）的概念，最先是由L.Gyugyi等人于1992年提出的。国外对UPFC的研究较早，1998年世界上第一台装置，在美国地区的138KV的高压输电线路上的成功运行，足以说明UPFC的硬件实现是完全可行的，目前运行良好。而我国起步较晚，在1995年以后才开始研究。UPFC的基本思想是一种统一的可控硅控制装置，只需改变其控制规律，就能分别或同时实现并联补偿、串联补偿、移相和端电压调节等4种基本功能，以及这些功能间的相互组合作用。UPFC既能在电力系统稳定方面实现潮流调节，合理控制有功功率、无功功率的流动，提高线路的输送能力，实现优化运行，又能在动态方面，通过快速无功吞吐，动态地支撑接入点的电压，提高系统电压稳定性，若适当控制，还可以改善系统阻尼，提高功角稳定性，内部可以没有无功功率流动。 3．UPFC基本原理。统一潮流控制器的系统结构整体上可以分为并联侧和串联侧两部分，这两个部分可以独立工作，如作为静止无功补偿器（STATCOM）、静止串联补偿器（SSSC）、可控移相器（TCPS），也可以结合三种功能综合控制输电线路的电抗、电压及相角差。
4．UPFC的工作方式。第一，并联部分。在统一潮流控制器中，并联变流器的工作原理是通过并联变压器与输电线路进行功率交换，从而实现有功传输及无功补偿。电流可分两部分考虑，即有功分量和无功分量。其中有功分量用来提供串联变流器所需要的有功功率；无功分量根据使用的目的分为两种情况：一是无功功率控制模式。在无功功率控制模式下，根据给定值感性或容性无功的需求，将其转化为无功电流的给定值，将给定值与电流实际值进行比较，将差值转化为电压作为并联变流器的输入信号。二是节点电压控制模式。在电压控制模式下，并联部分可以控制接入点的电压，使其维持在给定值。第二，串联部分。在统一潮流控制器中，串联变流器主要用来控制向电网注入电压的幅值和相角以改变线路的潮流分布，具体分为四种控制模式：一是直接电压注入模式。在这种工作模式下，UP
FC只产生给定的电压矢量，幅值和相角的大小可以任意给定。实际电压与给定进行比较，误差通过处理作为串联变流器的输入。二是输电线阻抗补偿模式。控制注入电压的幅值与输电线电流的幅值成比例，这样，从输电线上看，UPFC可等效为一个串联阻抗，即调节线路的阻抗，该阻抗可以是一个复阻抗。如果注入电压矢量与输电线电流矢量正交，就意味着对输电线进行感性或容性的补偿。因此，该工作模式可以用来配合已经存在的输电线串联电容补偿。三是相角调节模式。根据输入母线电压矢量控制注入电压矢量，但其大小满足以下要求，即使得输出电压偏移给定的角度，但幅值保持不变。同样将实际电压与给定进行比较，对误差进行处理后作为串联变流器的輸入。四是潮流控制模式。在这种控制模式下，UPFC需独立地控制线路的有功和无功功率。实现原理是通过向线路注入一个适当的补偿电压同时使电路产生一个理想的电流向量，从而达到调节线路潮流的目的。其中串联变流器的给定值是线路希望达到的有功和无功功率传输能力，通过计算将传输功率转换为电流的给定值，将实际电流值经反馈与给定值比较，对误差进行处理后，得到串联变流器的输入控制值。这是传统的输电线补偿所不能做到的，它潮流规划和控制带来了很大的方便。同时也可以有效减少系统扰动带来的影响（如阻尼功率振荡）。第三，单独和并联方式。根据安装的要求，两个变流器可以分开独立运行，并联变流器及相应器件作为一个独立的静止同步补偿器（STAT
COM）运行，串联变流器及相应器件作为一个独立的静止同步串联补偿器（SSSC）运行。当工作在这两种状态时，两个变流器均不能产生或吸收有功功率，也就是说它们都只能作为无功补偿器使用。线路的功率仍然可以控制，但是有功功率和无功功率不能单独控制。根据安装要求，两个变流器也可以关联运行，UPFC的主要功能是通过串联变流器来调节线路的有功和无功，串联变流器所需的有功功率由并联变流器提供，而这一切必须通过中间的直流电容环节来实现。因此，控制直流电容上电压的稳定是UPFC关联运行时要解决的重要问题之一。
5．UPFC的安装地点。选取UPFC安装地点一般会考虑以下3个方面：考虑紧急控制有效程度；考虑稳态潮流控制；电力市场下的UPFC安装地点综合量化评价。
参 考 文 献
[1]章良栋，岑文辉，刘为．UPFC的模型及控制器研究[J]．电力系统自动化．1998（1）
[2]王锡凡．现代电力系统分析[M]．科学出版社，2003
[3]王华昕．柔性输电技术概论[M]．中国水利水电出版社，2012（2）
[4]陈芝奔，李康，王敏．UPFC在线路故障下对系统影响分析[J]．电气开关．2012（91）
[5]胡建军，崔勇霞，聂海滨．电力市场条件下的UPFC安装地点的综合定量化评价研究[J]．电气技术．2011（6）
[6]王晶，陈学允．UPFC对动态电能质量影响的分析研究[J]．电工技术学报．2004（19）
[7][英]阿查（Acha，E.）等著．程新功等译．柔性交流输电系统在电网中的建模与仿真[M]．机械工业出版社，2011（6）
[8]程汉湘．柔性交流输电系统[M]．北京：机械工业出版社，2009（1）
【关键词】智能电网；柔性交流输电系统FACTS；统一潮流控制器UPFC
一、智能电网的背景
智能电网提出的技术与国家战略背景：“互联网”的普及、电子信息技术及计算机软件技术的飞速发展，大大推动了全球信息化进程。“地球村”、“数字地球”等概念逐渐体现了人类信息交流的时空跨越，速度与效率的倍增。
“物联网”应用趋势，建立人与物、物与物之间的联系，随着新一代互联网协议IPV6的部署，IP地址不再受限，为物联网扫除了网络容量的限制。
“智能电网”，电网设备的智能化、数字化与网络化为电网的信息化、互动化与自动化创造了条件。
中国最新定义为：统一坚强智能电网，（统一是前提，含统一规划、统一标准、统一建设；智能为感知、自律、自主、自愈、自学习、自适应、自调节、分析与决策，体现安全可靠、经济高效、清洁环保、灵活互动、友好开放）。
总之，智能化电力设备最终的技术要求将达到：测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化及信息互动化。
二、柔性交流输电系统FACTS及其控制器概述
1．FACTS功能和定义。建立在电力电子或其它静止型控制器基础之上的、能提高可控性和增大电力传。输能力的交流输电系统。FACTS代表一种灵活性更好的交流输电系统，有别于以往的交流输电系统；FACTS结构基础是电力电子器件与其它（如电容器、电抗器之类）无源元件的组合；FACTS的目的是要提高输电系统的可控性、保证电能质量，并能增强系统传输能力。
2．FACTS控制器的基本类型。并联型控制器分：静止同步补偿器、静止同步发生器、电池储能系统、超导磁能系统、超导磁能存储器、静止无功补偿器、晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器、晶闸管投切电抗器、静止无功发生器或吸收器、静止无功系统、晶闸管控制的制动电阻器。串联型控制器分：静止同步串联补偿器、线间潮流控制器、晶闸管控制串联电容器、晶闸管投切串联电容器、晶闸管控制串联电抗器、晶闸管投切串联电抗器。串并联组合型控制器分：统一潮流控制器、晶闸管控制移向变压器，相间潮流控制器。其他控制器：晶闸管控制的电压限制器、晶闸管控制的电压调节器。
用于稳态运行的FACTS控制器有：（1）晶闸管控制移相器（PS）：此控制器是一种电子移相变压器，用晶闸管调节以提供一个迅速变化的相位。（2）有载调压器分接头（LTC）：如果分接头的变化是受晶闸管开关的控制，则LTC可以看作是一个FACTS得控制器。（3）晶闸管控制电抗器（TCR）：一种并联型的晶闸管相控电抗器，通过控制阀的导通时间，它的有效电抗可以连续变化。（4）晶闸管控制的串联电容器（TCSC）：此控制器由一个串联电容器组并上晶闸管相控电抗器。用以提供平稳变化的串联感性电抗。（5）相间功率控制器（IPC）：这是一种串联型的控制器，它的每一相由分别受独立移相电压幅值控制的感性和容性的支路组成，有功功率控制就是指独立设置或者有两个移相器和两个可变电抗器调谐设置，无功功率控制和有功功率无关。（6）静止同步补偿器（STATCOM）：这是一个同步的调相机，与交流系统并联，通过调整输出电流可以控制节点电压幅值或者母线中的无功功率大小。（7）静止同步串联补偿器
（SSSC）：与上一个STATCOM相似，但它與交流系统是串联的，通过调整输出电流可以控制节点电压的幅值或者串联变压器终端的无功功率大小。（8）统一潮流控制器（UPFC）：一个静止SSSC和一个静止同步补偿器通过共同的直流电容器连接在一起，构成了统一潮流控制器。UPFC通过相位不受限制的串联电压注入。可以同时或者选择性的控制输电线路的阻抗，节点电压幅值以及流经有功无功的潮流，他还可以独立的提供可控的并联无功功率的补偿。（9）静止无功补偿器（SVC）：是一种并联型的无功发送或者吸收器。（10）高压直流（HVDC）输电：由一个整流站和逆变站组成的控制器，整流站和逆变站通过背靠背方式或者通过直流电缆联接。
三、统一潮流控制器UPFC
1．UPFC的简单介绍。世界上第一台UPFC装置是美国电力公司（APE）、西屋公司（WESTING HOUSE）以及美国电力科学研究院（EPRI）于1998年在KENTUCKY东部的INZE变电站138KV高压输电线路上安装的UPFC系统，其串联部分即同步静止串联补偿器（SSSC）和并联部分即静止同步补偿器（STATCOM容量各为160MVA，合计320MVA，其中并联部分于1997年7月完成，串联部分SSSC于1998年6月投入运行。2003年5月韩国在kangjin变电站安装了额定容量80MVA的UPFC装置，该装置由40MVA的串联部分和40MVA的并联部分组成。
2．UPFC的提出和作用。统一潮流控制器（UPFC）的概念，最先是由L.Gyugyi等人于1992年提出的。国外对UPFC的研究较早，1998年世界上第一台装置，在美国地区的138KV的高压输电线路上的成功运行，足以说明UPFC的硬件实现是完全可行的，目前运行良好。而我国起步较晚，在1995年以后才开始研究。UPFC的基本思想是一种统一的可控硅控制装置，只需改变其控制规律，就能分别或同时实现并联补偿、串联补偿、移相和端电压调节等4种基本功能，以及这些功能间的相互组合作用。UPFC既能在电力系统稳定方面实现潮流调节，合理控制有功功率、无功功率的流动，提高线路的输送能力，实现优化运行，又能在动态方面，通过快速无功吞吐，动态地支撑接入点的电压，提高系统电压稳定性，若适当控制，还可以改善系统阻尼，提高功角稳定性，内部可以没有无功功率流动。 3．UPFC基本原理。统一潮流控制器的系统结构整体上可以分为并联侧和串联侧两部分，这两个部分可以独立工作，如作为静止无功补偿器（STATCOM）、静止串联补偿器（SSSC）、可控移相器（TCPS），也可以结合三种功能综合控制输电线路的电抗、电压及相角差。
4．UPFC的工作方式。第一，并联部分。在统一潮流控制器中，并联变流器的工作原理是通过并联变压器与输电线路进行功率交换，从而实现有功传输及无功补偿。电流可分两部分考虑，即有功分量和无功分量。其中有功分量用来提供串联变流器所需要的有功功率；无功分量根据使用的目的分为两种情况：一是无功功率控制模式。在无功功率控制模式下，根据给定值感性或容性无功的需求，将其转化为无功电流的给定值，将给定值与电流实际值进行比较，将差值转化为电压作为并联变流器的输入信号。二是节点电压控制模式。在电压控制模式下，并联部分可以控制接入点的电压，使其维持在给定值。第二，串联部分。在统一潮流控制器中，串联变流器主要用来控制向电网注入电压的幅值和相角以改变线路的潮流分布，具体分为四种控制模式：一是直接电压注入模式。在这种工作模式下，UP
FC只产生给定的电压矢量，幅值和相角的大小可以任意给定。实际电压与给定进行比较，误差通过处理作为串联变流器的输入。二是输电线阻抗补偿模式。控制注入电压的幅值与输电线电流的幅值成比例，这样，从输电线上看，UPFC可等效为一个串联阻抗，即调节线路的阻抗，该阻抗可以是一个复阻抗。如果注入电压矢量与输电线电流矢量正交，就意味着对输电线进行感性或容性的补偿。因此，该工作模式可以用来配合已经存在的输电线串联电容补偿。三是相角调节模式。根据输入母线电压矢量控制注入电压矢量，但其大小满足以下要求，即使得输出电压偏移给定的角度，但幅值保持不变。同样将实际电压与给定进行比较，对误差进行处理后作为串联变流器的輸入。四是潮流控制模式。在这种控制模式下，UPFC需独立地控制线路的有功和无功功率。实现原理是通过向线路注入一个适当的补偿电压同时使电路产生一个理想的电流向量，从而达到调节线路潮流的目的。其中串联变流器的给定值是线路希望达到的有功和无功功率传输能力，通过计算将传输功率转换为电流的给定值，将实际电流值经反馈与给定值比较，对误差进行处理后，得到串联变流器的输入控制值。这是传统的输电线补偿所不能做到的，它潮流规划和控制带来了很大的方便。同时也可以有效减少系统扰动带来的影响（如阻尼功率振荡）。第三，单独和并联方式。根据安装的要求，两个变流器可以分开独立运行，并联变流器及相应器件作为一个独立的静止同步补偿器（STAT
COM）运行，串联变流器及相应器件作为一个独立的静止同步串联补偿器（SSSC）运行。当工作在这两种状态时，两个变流器均不能产生或吸收有功功率，也就是说它们都只能作为无功补偿器使用。线路的功率仍然可以控制，但是有功功率和无功功率不能单独控制。根据安装要求，两个变流器也可以关联运行，UPFC的主要功能是通过串联变流器来调节线路的有功和无功，串联变流器所需的有功功率由并联变流器提供，而这一切必须通过中间的直流电容环节来实现。因此，控制直流电容上电压的稳定是UPFC关联运行时要解决的重要问题之一。
5．UPFC的安装地点。选取UPFC安装地点一般会考虑以下3个方面：考虑紧急控制有效程度；考虑稳态潮流控制；电力市场下的UPFC安装地点综合量化评价。
参 考 文 献
[1]章良栋，岑文辉，刘为．UPFC的模型及控制器研究[J]．电力系统自动化．1998（1）
[2]王锡凡．现代电力系统分析[M]．科学出版社，2003
[3]王华昕．柔性输电技术概论[M]．中国水利水电出版社，2012（2）
[4]陈芝奔，李康，王敏．UPFC在线路故障下对系统影响分析[J]．电气开关．2012（91）
[5]胡建军，崔勇霞，聂海滨．电力市场条件下的UPFC安装地点的综合定量化评价研究[J]．电气技术．2011（6）
[6]王晶，陈学允．UPFC对动态电能质量影响的分析研究[J]．电工技术学报．2004（19）
[7][英]阿查（Acha，E.）等著．程新功等译．柔性交流输电系统在电网中的建模与仿真[M]．机械工业出版社，2011（6）
[8]程汉湘．柔性交流输电系统[M]．北京：机械工业出版社，2009（1）