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统一潮流控制器介绍

——FACTS器件综述报告

FACTS器件的概述

FACTS（FlexibleACTransmissionSystems）是指装有电力电子型或其他静态型控制器的交流输电系统，旨在增强电力传输能力并提高可控性。它是一种灵活交流输电技术，通过控制电力系统的电压、电流和功角等参数，来提升电力系统的稳定性、可靠性和经济性。以下是FACTS器件的发展历史及现状：

发展历史

FACTS技术的发展可以追溯到20世纪80年代，由美国Hingorani提出来的。最早的FACTS器件是静态无功补偿器（SVC），它通过控制无功功率来调节电压。随后，出现了静态同步补偿器（STATCOM），它可以控制电压和无功功率。在1990年代，静态同步补偿器与直流输电技术相结合，形成了静态同步补偿器-直流输电（STATCOM-HVDC）系统。此外，还有其他类型的FACTS器件，如静态无功补偿器-直流输电（SVC-HVDC）系统和静态同步补偿器-柔性直流输电（STATCOM-VSC）系统。

发展现状

FACTS技术在电力系统中得到了广泛应用，并取得了显著的成果。它能够提高电力系统的稳定性、减少传输损耗、提高电力质量以及增加输电能力等方面的效益。目前，FACTS器件已经在全球范围内得到了广泛部署，尤其是在高压输电线路和重要电力节点上应用较多。常见的FACTS器件包括静态无功补偿器（SVC）、静态同步补偿器（STATCOM）、静态同步补偿器-直流输电（STATCOM-HVDC）等。

统一潮流控制器介绍

统一潮流控制器（Uni?edPowerFlowController,UPFC）是一种新一代柔性交流输电装置，集成了FACTS器件的灵活控制特点。它可以实现潮流调节、电压支撑、功角稳定等多种功能，被视为最具创新性和功能强大的FACTS器件。UPFC通过静止同步补偿器（STATCOM）和静止同步串联补偿器（SSSC）组成，主要原理是调节电压幅值和相角，与电网产生有功或无功功率交换，从而优化电力系统的运行状态。UPFC的优点包括精确控制、系统稳定性提高、能源优化等，但也存在成本高昂、技术复杂性、系统集成难度和运行稳定性等挑战。。

UPFC的基本原理

UPFC的主要组成部分为静止同步补偿器（StaticSynchronousCompensator,STATCOM，作为并联补偿部分）和静止同步串联补偿器（StaticSynchronousSeriesCompensator,SSSC，作为串联补偿部分），其结构示意如图1所示。

图1UPFC基本结构图

UPFC装置中的两个电压源换流器（VoltageSourceConverter,VSC）通过一个公共直流端相连接。其中VSC1通过耦合变压器并联至输电线路；VSC2通过交接变压器串联在输电线路中。两台逆变器共用一组直流母线电容，逆变器2通过串联在输电线路中的变压器向电网中注入幅值和相位可调的电压，逆变器1负责将逆变器2产生的直流有功功率需求转变为交流形式，并通过并联变压器耦合进电网，从而满足直流有功功率需求。此外，逆变器1还能够产生或吸收可控的无功功率，为线路提供独立的并联无功补偿。

从本质上说，UPFC可以看成为一个与传输线串联的同步电压源，其频率与系统同步，幅值和相角可控。电压幅值的区间为[0,Upqmax]；相ρ角（即UPFC控制角）的取值区间为[0,2π]。将其串联于双机系统中的传输线上，可得如图2所示有UPFC输电系统的简化原理图。

图2含UPFC输电系统简化原理图

图中Us、Ur和UX分别表示为系统的送端电压、受端电压和线路压降。但此时，由于UPFC的引入，送端的实际有效电压变为Useff=Us+Upq。UPFC装置通过调节电压幅值Upq及相角ρ从而与线路产生有功或无功功率交换，这就是UPFC的基本工作原理。特别值得注意的是，由于UPFC本身可以向系统注入或从系统吸收无功功率Qpq，而有功功率Ppq则与线路潮流大小及方向有关，这是UPFC与大多数FACTS设备的不同之处。

UPFC的使用场景

UPFC在电力系统的稳定性改善、无功功率补偿、输电线路负载优化、新能源整合以及电力系统调度和优化等方面具有广泛的使用场合。它可以适应不同的电力系统运行状态和需求，对提高电力系统的运行效率和可靠性起到关键作用。

电力系统稳定性改善：电压稳定性提升：UPFC可以调节输电线路上的电压，改善电力系统的电压稳定性。特别是在面临电压波动大、负载变化剧烈或系统发生故障时，UPFC能够快速响应并调节系统工作状态，保持系统稳定运行。功率流控制：通过控制有功和无功功率流，UPFC可以优化电力系统中的功率流分配，减少能源损耗，提高系统的运行稳定性。

无功功率补偿：功率因数调节：UPFC通过提供可控的无功功