电力系统运行与控制读书报告

FACTS在新能源接入领域应用的可行性研究

摘要：本文首先介绍了新能源的发展和分类，对新能源接入电力系统可能会带来的一系列问题就行了分析。在此基础上提出考虑用FACTS装置来配合新能源接入电网，提高新能源接入电网的可行性和稳定性，同时对含新能源接入时FACTS 装置的作用进行了详细的分析。

关键词：FACTS；新能源；电能质量；电压暂降

0 引言

化石能源是不可再生的资源，终归要走向枯竭。面对日趋严重的环境与资源问题的挑战，为解决经济和社会发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾，必须开发新能源，加强对新能源的利用。21世纪将是新能源发展的新世纪。

化石燃料危机和环境问题的日趋紧张促使了太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源发电的发展。由于这些电能大都具有随机性、波动性和不稳定性，因而接入电网会对电网产生的一系列影响，如节点的电压波动、对接入点短路电流的影响、引起的潮流改变及网损的变化、电压闪变等等。这些问题可能会极大限制新能源发电的发展。

灵活交流输电系统借助电力电子器件能根据电力系统运行的要求，快速地对系统输送功率和电压、阻抗、功角等电气量进行调节，改善系统安全性、可靠性、经济性，使其在新能源接入领域有巨大的应用潜力。

1 新能源与新能源发电简介

1.1 新能源与新能源发电的定义

新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式，是刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。新能源发电即非常规能源发电。新能源是清洁能源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。

1.2新能源发电的分类

目前，可再生能源发电技术成为分布式电源研究热点之一，主要包括太阳能、

风能、水能、生物质能、地热能和海洋能发电等。为了满足可持续发展、保护环境需要，可再生能源资源丰富，可循环使用，又无污染，必将取代化石能源成为能源供应的主体。新能源发电的主要类型有：

1.2.1地热发电

地热发电是利用地表深处的地热能来生产电能，实际上是通过打井找到正在上喷的天然热水流，用蒸汽动力发电[1]。地热发电厂的生产过程与火电厂相似，不过锅炉设备被地热井取代，汽轮机将地热能转换为机械能带动发电机发电。地球内部蕴藏着大量的地热能，目前一些国家已着手商业开发利用。

1.2.2海洋能发电

海洋能是一种蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪、海洋温差、海流引起的机械能和热能。海洋温差发电工作原理与火力、核能发电原理类似，首先利用表层海水蒸发工作流体如氨、丙烷或氟利昂使其汽化推动涡轮发电机发电，然后利用深层冷海水冷却工作流体成液态，以反复使用;波浪发电是用波浪发电装置将海浪动能转换成电能；其中波浪发电装置运转方式完全依据波浪上下振动特性而设计，从而有效的吸收波能；海水水位因引力作用产生高低落差现象即为潮汐，潮汐发电便是利用该势能转换为动能带动发电机旋转获得电能[2]。潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。

1.2.3风力发电

风力发电是利用风的来生产电能。应用风机使风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能。具体说来，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电[3]。风力发电机按转速是否恒定，分为定转速运行与可变速运行两种方式;按发电机结构区分，有异步发电机、同步发电机、永磁式发电机等机型。依照运行方式、结构等因素不同，可以发出直流电，也可发出交流电。风能储量丰富，随着储能技术和风机制造水平的改进和提高，风力利用的潜力巨大。

1.2.4 太阳能发电

太阳能发电一般指利用太阳的光能或热辐射能量的发电方式。电力系统太阳能发电技术包括两种:光伏发电和太阳热发电技术。前者通过太阳照在太阳能电板硅材料上因光伏效应发出直流电，后者则利用集热器把太阳辐射能转变成热能，将水转化成蒸汽，然后通过汽轮机，发电机发出工频交流电。具体介绍如下

1.2.4.1 太阳能光伏发电

太阳能发电技术直接将光能转化为电能，根据太阳电池半导体材料的光伏效应，产生直流电能。光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。光伏发电系统运行方式包括独立运行和联网运行两种方式。独立光伏发电系统是指仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统。并网光伏发电系统是将太阳能电池发出直流电逆变成交流，通过与电力网并联运行，从而避免了安装储能蓄电池带来的费用。

1.2.4.2 太阳能光热发电

现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气，驱动汽轮机发电。

2 新能源接入对电网的影响

目前，在各种可再生新能源中，太阳能和风能具有很强的竞争能力，使之从其它新能源中脱颖而出，成为电力系统中增长速度较快快的新能源，并且在能源总发电量中占有很大的比例，而诸如地热能、海洋能、生物质能受地理条件和技术水平等因素的限制发展缓慢或利用很少。大力发展风能、太阳能发电成为改善电力系统结构极为重要的措施。

但是由于太阳能分散性、不稳定性以及风能具有能量密度低、随机性、间歇性的特点，大量的新能源接入电力系统，特别是大量的风能和太阳能接入电网对电网的安全、稳定性带来重大的影响，其中最为突出的问题就是使风光电源（太阳能和风能）及接纳风光电源的区域变电站电压质量严重下降，甚至导致电压崩溃，如不能解决这一问题，必将阻碍风光等新能源的发展。提高电压质量，防止电压崩溃是电力系统吸纳大容量不稳定新能源必须研究解决的重大技术问题。此

外，风电在电网中运行时对电网产生的一系列影响，其中包括在风电场引起电网各节点的电压波动、对接入点短路电流的影响、引起的潮流改变及网损的变化、电压闪变等等

2.1 新能源接入引起的电压波动

当风力发电场接入电网后，风电场的有功注入与无功消耗会对电网的电压稳定性、静态稳定性以及动态稳定性产生各方面的影响。随着风力机组容量的不断增大，异步机的Q一V特性引起电网接入点的节点电压稳定裕度下降，影响电压稳定性。其主要原因是太阳能和风能的不稳定性引起的风电场、太阳能电场输出功率的变化。

风能的随机性和不稳定性。风速在自然界是随机性的，每时每刻都在变化，而风力发电机组的出力和风速的三次方成正比，因此机组的出力也将从一分钟到另一分钟地波动。虽然由多台机组在一个地区组成风电场的出力能够平滑一部分的波动，但是一小时到另一小时的波动仍然可能十分的剧烈，当风电场的容量大到一定程度，这种情况有可能显著地影响地区电网的稳定运行。一般来说，风电场出力与负荷需求不同步，甚至是相反过程。当用户负荷需求大时，风电场没有办法输出更大的出力。另外，在一天之内，晚上的风速比白天大，电网晚上的负荷需求在半夜之后下降，而风电场的出力又反而增加，又是一个时间段上的矛盾。

风电机组与电网结构的缺陷造成电压波动。对于风电还受到风力机组的类型、控制系统、电网状况、以及并网风力机组在持续运行过程中受到的塔影效应、偏航误差和风剪切等因素的影响，使风力机组在叶轮旋转一周的过程中产生的转矩不稳定，从而造成了输出功率的变化。

总体来说，风力发电会提高电网的静态稳定性，降低动态稳定性。特别是当风力机组起动时，感应电机会吸收大量的无功功率，如果没有足够的无功补偿，将会导致节点电压跌落。风力机组输出变化着的功率直接导致了节点电压的波动，如果机组的容量超过一定范围，那么它所引起的电压波动将很大，超出电网运行的允许范围。

2.2 新能源接入对电网电能质量的影响

在电网接口处的电能质量是新能源接入电网时必须考虑的问题。

2.2.1 谐波畸变

光伏发电系统发出直流电能，需要逆变成交流电能才能并网。这时整流器与逆变器是影响电能质量的主要元件。所以，与电网连接的此类电力系统必须采用设计好的生产高质量低畸变交流功率的变流器。

在风力发电系统中，存在大量非线性换流装置，使得电网电流波形和电压波形不再是正弦波。风力发电系统中的谐波主要是由大功率变换器以及其他非线性负载产生的，其中主要的谐波源是各种电力电子装置，这其中整流装置所占比例最大，所产生的谐波污染和消耗的无功功率是相当严重的；除整流装置外，斩波和逆变装置的应用也很多，其输入电流也来自整流装置，因此其谐波问题也很严重。

总谐波畸变率（THD）定义如下：压的总谐波畸变率[7]

THD=

100%

U

(1.1)

电流的总谐波畸变率

THD=

100%

I

(1.2)

由任何谐波负荷吸收的谐波电流引起的节点电压的谐波畸变由=

U I Z给

n n n 出。正是节点电压中的这种畸变，即使在纯线性电阻负荷上也会引起谐波电流。如果新能源发电厂相对较小，则一个非线性电子负荷可能引起节点电压产生明显的畸变，从而给线性负荷提供畸变电流。因此在将功率送到电网之前必须滤除谐波。对于电网接口处，THD 小于3%可以接受。

2.2.2 电压瞬态与暂降

光伏发电厂一般不会引起电压突然变化，但是，在风电厂中应用时，用于产生无功功率的每个电容器投切会激起电压暂态过程，而这将在风力机的齿轮机构上造成额外的力矩，导致变速箱额外的磨损。进一步，为了维持系统电压需要大容量的投切电容器，这将导致电容器早期失效，从而产生更高的维护成本。节点电压可以因为许多原因而偏离标称的额定值，能够忍受的偏差取决于其大小与持续时间。对于小的偏差，能够忍受的时间比大的偏差时间长。

2.2.2.1 影响电网暂态电压稳定的因素

新能源接入电力系统后影响电网暂态电压稳定的因素有许多。对于风电场，

除了风力发电装机容量以外，还包括有以下因素：

（1）地区负荷水平

负荷的变化对风电场接入后引起地区电网电压特性有着明显的作用。当地负荷水平越高，引起负荷电压越低，随着风电场输出功率的增大从而使负荷电压更进一步降低，致使风电机组机端电压恶化而解网，由于电压支撑不足而限制风电的输出。

（2）风电场接入点位置

在一定的负荷水平上，风电场以不同的位置接入配电网对地区电网电压特性的影响有很大差别。电网结构的紧密程度决定了该网络承受风电扰动的能力，风电场接入电网的距离越短，节点电压对功率变化的敏感度越大，承受风电功率扰动的能力也越差。

（3）风速变化情况

风速的变化对风力机组的有功输出影响显著，尤其对于普通异步风机，由于自身没有电压调节能力，对风速的敏感度尤其明显。目前学术界对风速的研究主要集中在阵风、随机风、渐变风等等。阵风速幅值变化较大，且含有较多随机分量，因此本文主要研究含有随机分量的阵风对电网电压的影响。

（4）风电机组类型以及风电场的无功补偿状况

变速恒频风电机组不但风力机具有良好的空气动力特性，而且通过变流器实现发电机有功、无功功率的解耦控制，使风电机组具有变速运行的特性；具有控制无功功率的能力，可以吸收或发出无功功率以及运行在单位功率因数下，所以获得了较好的电网连接特性。

恒速恒频风电机组直接与电网相连，而且其异步发电机的运行需要无功电源的支持，加重了电网的无功负担，成为限制风电场装机容量的主要障碍。因此，变速恒频风电机组在电压特性方面比恒速恒频风电机组占一定优势，在提高风电最大安装容量方面具有一定潜力。

采用具有无功补偿的风电机组，特别是动态的无功补偿装置不仅能够有效改善地区电网的电压特性，还可以降低风电场内部和网络的损耗。因此，风电机组的无功补偿状况对风电场的输出特性有很大影响，进而影响风电场的建设规模。安装动态无功补偿装置，可以提高风电系统的电能质量和稳定性，也能够有效提高风电场最大可接入的容量。

2.2.2.2 新能源接入引起的电压闪变

太阳能光伏发电站因为吸收持续稳定的太阳能，转换成电能储存或并网，所以一般不会引起电压闪变的现象。风力发电站的运行，却经常引起电压闪变。在风波动的情况下，风力机的速度变化引起缓慢的电压闪变及电流变化。在荧光灯中出现闪变时，说明这些闪变及电流变化已经大到可以被检测到了。随着风电场容量的增大，闪变问题越来越突出。闪变是电能质量的一项重要指标，是指经过灯－眼－脑环节反映人对灯光照度波动的主观视感。人对照度波动的觉察频率范围为0.05－0.35Hz，其中闪变敏感的频率范围约为6－12Hz。风力发电引起闪变的原因包括风力机组在持续运行时的功率波动、风力机组在切入风速时或在额定风速时的起动、风力机组的停机以及机组间的切换操作等。通常用来定量评估闪变严重程度的参数有两种:短期闪变值和长期闪变值。短时间闪变值的计算不仅要考虑电压波动造成的白炽灯照度变化，还要考虑到人的眼和脑对白炽灯照度波动的视感。长时间闪变值由短时间闪变值推出，反映长时间(若干小时)闪变强弱的量值[11]

2.3 新能源接入影响电网潮流

在电网接入适量新能源可以满足当地部分负荷，主网向该地区输送的功率降低，电压降落和网损都会有所减小。但是如果新能源特别是风电接入容量持续增长，电网建设可能成为风电装机进一步增长的瓶颈。在正常运行方式N-1 或其他情况下，某些线路的潮流可能会越限，因此在某些情况下，不得不限制风电的出力，造成能源的浪费及经济上的损失。

此外，新能源接入还会对接入点短路电流、继电保护、等方面产生不利影响。

3 FACTS概述

3.1 FACTS的定义

FACTS(Flexible AC Transmission Systems)由美国电力科学研究院（EPRI）N.G.Hingorani博士首次提出[4]。FACTS指应用于交流输电系统的电力电子装置，是综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术。

3.2 FACTS产生的背景

电力输电系统已进入大系统、超高压远距离输电、跨区域联网的新阶段，社会经济的发展促使现代输电网的管理和运营模式发生变革，对其安全、稳定、高效、灵活运行控制的要求日益提高，从而急需发展新的调节手段，提高其可控性；另一方面，控制理论、大功率电力电子、计算机信息处理等技术的蓬勃发展又为输电控制手段的改善和升级换代不断提供新的可能。在这种情形下，美国N. G. Hingorani博士首先较完整地提出了柔性交流输电系统（flexible AC transmission system，FACTS）的概念。FACTS自诞生始就受到各国电力科研院所、高等院校电力公司和制造厂家的重视，得到了广泛的研究和迅速的推广应用，成为电力工业近20年来发展最快和影响最广的新兴技术领域之一。目前已发明了近20种FACTS控制器，部分已经商业化并取得良好的成效，成为解决现代电网诸多挑战的重要手段之一。

3.3 FACTS的基本原理

FACTS以大功率可控硅部件组成的电力电子开关代替现有的机械开关，应用大功率、高性能的电力电子元件制成可控的有功或无功电源以及电网的一次设备等，以实现对输电系统的电压、阻抗、相位角、功率、潮流等的灵活控制，将原基本不可控的电网变得可以全面控制[5]。在不改变电力系统现有电网结构的情况下改变系统参数，从而大大提高电力系统的高度灵活性和安全稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提局。

3.4 FACTS的特点

FACTS的“柔性（flexible）”是指对电压电流的可控性；如装置与系统并联可以对系统电压和无功功率进行控制，装置与系统串联可以对电流和潮流进行控制；FACTS通过增加输电网络的传输容量，从而提高输电网络的价值，FACTS 控制装置动作速度快，因而能够扩大输电网络的安全运行区域；像在直流输电系统中那样利用电力电子装置实现对输送功率的快速控制，以获得最大的安全裕度和最小的输电成本。灵活交流输电新技术是基于电力电子技术和控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相位实行灵活、快速调节的一种交流电技术，它是由电力电子器件及其控制器与电容电感无源元件组成的，具有如下特性: （1）无机械磨损。由于采用电子式的开关操作，理论上可以无限次操作而没有机械磨损，这就大大提高了系统控制的灵活性。

（2）快速控制。FACTS具有快速的响应速度(毫秒级)，这一点对暂态稳定性的提高是至关重要的。这有利于阻尼系统振荡，提高电力系统的稳定性和可靠性。

（3）参数可调。被控系统参数既可以断续，也可以连续地调节。利用这一点可设计控制器以提高系统的阻尼，改善系统的动态稳定性。

（4）潮流优化。通过对FACTS设备的快速、平滑的调节，可方便、迅速地改变系统潮流分布。控制输电线路的阻抗及相位角，按照实时输电线路状况，提供交变的电力传输方案，优化电网潮流分布，合理安排有功功率传输通路。

（5）提高输电线路输送能力，使输电线路的输送功率接近导线发热极限[6]。

（6）减轻系统事故的影响，防止因某些线路过负荷而引发的连锁跳闸。

（7）稳定电压。根据输电线路负荷的轻重合理调整无功功率，控制输电线路电压保持在一定的技术要求范围内。

3.5 FACTS的分类

FACTS是一种技术，这种技术包含了电力电子学在输电领域除直流输电(HVDC)之外的所有应用。虽然FACTS控制器都具有提高输电线和电网可控性的共同功能，但其安装地点并不一定全在输电系统上，也可以安装在发电厂内或供配电系统中，但一定皆可兼用于提高输电系统的运行性能。故FACTS控制器可分为输电型、发电型和供电型。

柔性交流输电系统所涉及到的具体设备根据连接方式大致可以分为3类，并联型、串联型和综合型[8]。并联型的第一代装置是电容器和同步调相机，第二代产品是静止无功补偿器（SVC），这是目前应用比较多的产品，第三代产品是高压大功率SVG，是SVC 的升级产品。串联型则包括可控串联电容补偿器（TCSC）、同步串联补偿器（SSSC）等。综合型主要是综合潮流控制器（UPFC），即STATCOM 和SSSC综合起来的一个装置。除此之外，FACTS技术应用于配电网还产生了所谓的DFACTS技术，也有人叫定制电力技术(Custom Power)，所用设备就是在配电领域所称的电能质量设备，包括上述设备和DVR、滤波器等。随着电力电子技术的飞速发展，新的高电压、大功率的电力电子器件不断出现，它为灵活交流输电技术的实现打下了坚实的基础。目前已成功应用的或正在开发研究的FACTS装置有十几种，如：

（1）静止无功补偿器（SVC）。典型代表是晶闸管投切的电容器(thyristor switched capacitor,TSC)和晶闸管控制的电抗器(thyristor controlled reactor,TCR)。SVC使用晶闸管来快速调整并联电抗器值及投切电容器组，并可兼有事故时的电压支持作用，维护电压水平，消除电压闪变、平息系统振荡等。可以静态或动态地使电压保持在一定范围内，从而提高电力系统的稳定性。如果只是将这两种无功补偿器单独使用,它们都有各自的缺点,单独的TCR只能吸收无功功率,而不能发出无功功率;单独的TSC对于抑制冲击负荷引起的电压闪变是不够的。为了解决这些问题,可以将TCR与并联电容器配合使用。这些组合而成的SVC的重要特性是它能连续调节补偿装置的无功功率,可以对无功功率进行动态补偿,使补偿点的电压接近维持不变。

（2）静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）。它的基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上,适当调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位,或者直接控制其交流侧电流,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。由于它将电压源逆变技术应用于无功补偿领域,不需要大容量的电容,电感等储能元件,因而大大地发展了传统的无功控制概念。ASVG的重要特性是输出的无功功率不受系统电压的影响,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[9]。在事故时电压降低的情况下，STATCOM比SVC可提供更大的无功支持能力，具有一定的事故过载能力。如果并联电容电蓄电池组或超导储能电抗器所取代，则事故支持的时间还可延长。

（3）超导蓄能器，（SMES）。此装置由电力电子器件（SCR或GTO等）控制一个大容量超导蓄能线圈所组成，几乎无损耗。放电/充电的效率在95%以上，但造价昂贵。SMES作为蓄能器，可快速供几秒的备用电力；瞬时提供同步或阻尼功率以提高输电的静态和暂态稳定性；提高远距离输电的输送能力；延长发电设备寿命；提供无功功率以改进电压稳定性：改进电压质量等。采用GTO元件后，可将SMES输出的有功和无功功率彼此独立地进行控制，故不仅对短期，而且对中期动态过程可产生良好影响。

（4）可控串联电容补偿（TCSC）。TCSC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有下列功能：①潮流控制，由于可以连续改变线路电抗，因此可用来进行潮流控制，改变电网中的潮流分布；○2阻尼线路功率振荡，可以阻尼由于系统阻尼不足或由于系统大扰动引起的低频功率振荡；③提高电力系统暂态稳定，在系统受到大的冲击时，可迅速调整晶闸管的触发角，改变串联电容的补偿度，以提高暂态稳定性；④抑制次同步振荡（SSR），当系统发生SSR时，迅速调整串联电容器容抗至最小值，对于次同步频率，TCSC呈感抗，这样便会对SSR起很强的阻尼作用。

（5）固态断路器（SSCB）。如果采用晶闸管型的断路器，则由于断路器只能在交流第一次过零时断开，其开断延时将达几个毫秒。如果采用GID、MCT 或MTD_等电力电子元件，则电流可瞬时被切断，效果将大为提高。美国SPCO 工厂所生产的SSCB样机，已达到15千伏、600安，可在4微秒内完成开断。

（6）静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator, SSSC)与静止同步补偿器在结构上有类似之处,都是以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90°的可控电压,以快速控制线路的有效阻抗、从而进行有效的系统控制。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[10]。

4 FACTS在有新能源接入的电网中的应用

4.1 FACTS对接入新能源的电网电压稳定的作用

并网风电场一般采用感应异步发电机直接并网的运行方式，在机端配备有无功补偿电容器组，以提供感应发电机在并网和运行时所需要的激磁无功。对于变频恒速双馈风力发电机，由于与其配套的电力电子变流设备属于AC/DC/AC型异步发电机，在换流时需要大量的无功。同样，对光伏发电系统，并网前需将直流逆变为交流，这也需要大量的无功支持。总之，因为新能源接入电网时，在向系统提供有功功率的同时也要向系统吸收一定的无功，以满足励磁电流和转子漏磁的需要，并网后系统电压稳定性下降。因此，新能源发电机组在正常运行时就需要从电网吸收无大量的无功功率，在系统故障期间，更需要大量的无功功率来完成电压的恢复。因此，必须加装无功补偿装置维持和改善电网电压稳定性。对此，比较传统的方法是投切电容器组。投切并联电容器组虽然简单易行，但明显存在不足，特别是对于功率随时发生大幅度变化的新能源线路。其一是投切的速

度相对比较慢，另一方面，是不能平滑连续补偿。FACTS由于其自身优点，提供了极好的实时动态补偿解决思路和方法。具体来说，可以采用静止补偿器或静止调相器进行无功补偿。这有很好的比较优势。

（1）相比固定电容器，采用动态无功补偿SVC和STATCOM具有更快的电压恢复速度。

（2）采用固定并联电容器补偿无功，切除故障后电压恢复过程中最高电压超过了故障前的稳定值;而采用SVC和STATCOM补偿无功，切除故障后没有出现电压偏高的情况。这是由于固定并联电容器只能输出无功，起到无功补偿的作用，而动态无功补偿装置既能输出无功，在系统电压过高的时候还可吸收无功功率，具有优良的控制电压能力。

4.2 FACTS对接入新能源的电网电能质量的作用

4.2.1 改善闪变

由于新能源电源输出功率的波动，必然导致电源电压的缓慢闪变。并且，接入的容量越大，闪变问题越突出。对于风电场，风速的变化是产生电压波动的主要原因，风速变化使得风机输出有功功率波动；有功功率输出需要从系统吸收无功功率，所需要的无功功率不能满足，必然产生电压波动。STATCOM 能够实现对风电机组所需的无功功率进行动态补偿，风电机组所需的无功功率得到满足，风况变化引起的电压波动得到有效抑制。在风况变化时，STATCOM 装置能够连续、平滑的补偿系统所需要的无功功率，能够有效抑制风况变化引起的电压波动，使整个系统运行在稳定状态。

4.2.2 改善电压瞬态与暂降

如前所述，光伏发电厂一般不会引起电压突然变化，但是，在风电厂中应用时，不仅用于产生无功功率的每个电容器投切会激起电压暂态过程，并且地区负荷水平、风电场接入点位置、风速变化情况、风电机组类型以及风电场的无功补偿状况都会影响电网暂态电压稳定。

当风电场建立后，地区负荷水平、风电场接入点位置、风电机组类型、风速变化已经无法控制。但是对于电容器投切、无功补偿却可以改善和优化。同时，虽然风速变化导致的风机发出功率的波动无法改变，但是，可以根据负荷功率调整风电场实际输出功率。FACTS装置在这些方面有巨大的潜力。

FACTS装置控制电容器投切减弱电压暂态过程。不采用传统的机械式投切方法投切固定电容器，而采用FACTS的可控硅部件组成的电力电子开关代替现有的机械开关，大大缩短了暂态过程时间，从而阻尼系统振荡，提高电力系统的暂态稳定性和可靠性。

FACTS装置的无功补偿改善电压暂态过程。采用静止无功补偿器或静止同步补偿器使用晶闸管来快速调整并联电抗器值及投切电容器组，在风电场出口处加装动态无功补偿装置可以加强系统的暂态稳定性，并可兼有事故时的电压支持作用，维护电压水平平息系统振荡, 可以静态或动态地使电压保持在一定范围内,减弱或防止系统电压的暂态过程和电压突然变化。

FACTS装置调整、补偿风电场实际输出功率。采用FACTS装置控制的超导蓄能器挂接在风电场出线上，根据不平衡功率的实际情况瞬时提供同步或阻尼功率，以补偿不平衡功率，减少或平衡发电功率和负荷功率。超导蓄能器提供无功功率以改进电压稳定性，输出的有功功率以提高输电的静态和暂态稳定性。有功和无功可以分开控制，故不仅对短期，而且对中期动态过程可产生良好影响。4.3 FACTS对接入新能源的电网潮流的作用

由于新能源接入后某些线路的潮流可能会越限，因此，在风电场规划阶段，应该对各种运行方式及风电场的各种出力状态进行组合。找出对系统潮流及线路传输功率影响最恶劣的情况来进行潮流仿真研究，从而找到最严重的情况并给出相应的措施。FACTS的出现，为引入新能源的电网潮流控制带来了更灵活的方式。它在不改变电网结构的情况下，通过合理调节、改变网络参数，重新优化控制潮流分布。

可用于潮流控制的FACTS装置主要有:静止无功补偿器(STATCOM)、可控串联电容补偿器(TCSC)、可控移相器(TCPS)、统一潮流控制器(UPFC)等。利用这些控制装置可快速而灵活地控制系统节点电压和线路潮流，从而大大改变输电线路潮流且达到优化运行的目的。

5 结论

新能源电能不同于常规电能，由于其具有随机性、波动性和不稳定性，因而接入电网会带来不利影响，如节点的电压波动、电压瞬态与暂降、电压闪变、谐波、潮流越限、短路电流增大、继电保护误动等等。FACTS以其先进的理念、优

越的性能、快速响应性、灵活实时连续调节优势，对阻尼系统震荡、控制系统潮流、稳定电压、防止继电保护误动作、改善电能质量等方面有巨大的应用潜力。FACTS技术将是新能源大规模接入电网的有利保障。

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