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摘要：随着电力电子技术的深入开展，智能电网将越来越多的服务于人们的生活。为了提高智能电网系统的稳定性，需要强大的电力技术作支撑。 柔性交流输电技术是应用于智能电网的一项技术，与此同时，建立起的智能柔性交流输电装置将各部分的性能综合起来，共同发挥作用，进一步完善了柔性交流输电技术。本文从柔性输电系统中无功补偿技术分析的角度出发，针对IGBT，SVG补偿技术以及PWM整流等技术进行了综合分析，为柔性输电系统的有源无功补偿技术研究提供参考。
关键词：柔性输电；无功补偿；电力电子； SVG；PWM
前言
智能电网在当今电力领域也是全球关注的一大热点，它依据新型的网络技术、电子信息技术等进一步提升了电网管理的有效性，为现代电力系统的发展提供了可靠地保证。现如今，应用于智能电网系统的新技术取得了长足的进展，柔性交流输电技术就是智能电网系统的一个应用热点，本文就笔者多年的经验，不断地学习、了解，在多方面对该项技术的含义、特点和应用现状等进行具体的分析介绍，以进一步指导柔性交流输电技术在智能电网领域的发展。
一、柔性交流输电技术的分析
柔性交流输电技术，简称FACTS（flexible alternative current transmission systems），这是智能电网领域的新型的综合性较强的技术。该技术主要应用于高压输变电系统，灵活的将微处理机技术、控制技术、电力电子技术等多项高新技术融合在一起，共同发挥作用。柔性交流输电技术还可以广泛应用于高电压的大功率的电力系统中。之所以称为“柔性”是因为该技术应用灵活，对电流电压的可控性也比较强，柔性交流输电技术可以通过提高电力输配系统的可靠性和稳定性、通过提高输配电能的质量来进一步减少电能损失，优化输电网络的工作环境，将交流输电的应用范围进一步扩大，提高电力企业的电力效益。
柔性交流输电技术可以改善输电网络的输电性能，该技术的主要装置包括：SVC、静止无功补偿器、可控串联补偿电容器以及晶闸管控制的串联投切电容器等。
二、柔性交流输电技术在智能电网的应用
柔性交流输电控制器的主要作用在于保证电力系统运行过程中的电能质量，并确保系统运行的稳定性，电力系统的稳定性主要分为有功-频率（P-f）稳定性和无功-电压（Q-U）稳定性。有功-频率的稳定性主要包括频率分散和频率崩溃，电力系统在稳定运行的状态下，全系统的频率保持统一，因此，系统中任意两点之间的电压相角差保持常量，而有功传输也能够保持常量，但频率分散势必会导致角度移动，致使有功功率震荡，对此也可以称为功角稳定性，而频率奔溃则是由于系统有功补偿导致频率下降，最终无法运行，处于频率无停止下降的状态。
电力系统运行主要依靠有功传递以保持系统中各个部分的频率运行一致，有功传递与电压及阻抗有着密切的关系，因此对于节点电压控制及支路阻抗的控制，无论是促进频率的稳定性还是促进电压的稳定性都具有重要意义。作为输电系统能中的控制设备，柔性交流输电控制器主要用于控制潮流，并保证电力系统运行稳定性，根据当前柔性交流输电技术的发展成熟程度，最具有使用价值的柔性交流输电控制器主要有串联电抗补偿装置和并联无功补偿装置。
三、无功补偿技术发展现状概述
1、有源无功补偿技术内涵阐述
在电力供电系统的运转中，感性负载和容性负载的共同作用会造成电力资源在未做功的状态下发生损耗，即无功损耗，这会直接造成变压器损耗增大，电力输送效率降低等问题，因此，为了有效的提高电力供给过程中的功率因数，就要对供电系统进行无功补偿。有源无功补偿技术的实现是以三相电路瞬时无功功率为基础得以实现的，在有源无功补偿的过程中，三相电路中的各电压e及电流i首先会在α-β正交坐标系中转化为两相瞬时电压和电流，两相瞬时电压e和电流再经过合成形成电压矢量和电流矢量。两个电参数矢量在法线上的投影即为瞬时有功电流和无功电流。最后做无功电流iαq在α和β轴上的投影，得出这一瞬时的电压和无功电流，取电压与电流乘积便得出了有源无功功率值。
2、无功补偿技术发展现状
无功补偿技术在设备应用中，最广泛的是静止无功补偿装置（SVC），这一装置无功补偿的作用基础是各类型的电抗器与电容器，通过线路中感性和容性部件的协同作用，实现对输电系统电压的调节与功率因数的控制。随着电力电子技术的逐渐深化，静止无功发生器（SVG）也得以研发与应用，这一发生器的作用机理是利用自换相变流电路进行静止无功补偿，通过绝缘栅双极晶闸管（IGBT）构成自换相交流器，并在其中构建一小容量的储能单元，从而使其实现瞬时的无功功率补偿。
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3、柔性输电系统相关技术分析
柔性输电系统是指在电力供给的过程中，利用IGBT等电力电子元件对系统传输功率进行控制，从而实现对输电系统的控制与优化。柔性输电系统中电力电子元件的运用，主要包括静止无功补偿器（SVC），静止无功发生器（SVG），电压源换流器（VSC）以及PWM整流器等元件，其中SVG等无功补偿装置能够通过控制线路中有功电流和无功电流的幅值和相位，使线路中的功率因数达到输电系统所需的标准，以此保障输电系统电压的稳定性。IGBT则主要用于开关控制中，由于其饱和压降较低并且对驱动功率要求不高，因此能够非常有效的适用于输电系统的开关控制中。PWM整流器的工作原理是对三相电压的脉冲宽度进行调制，通过脉冲调制实现输电系统功率的双向流动，从而使输电线路中的功率控制能够在旋转坐标系中得以实现，这也是促进电力无功补偿技术实现的有力保障。除此之外，柔性输电系统中还包括相位调制器，多类型的阻尼器与振荡器等部件，通过多个部件对电力系统的相位差，阻抗及电压的调节，提高输电系统控制的稳定性与灵活性。
四、无功补偿技术在柔性输电系统中的运用
1、IGBT技术特性及输电系统运用
IGBT是一种电压驱动式的功率半导体器件，器件输入端的主要构成是MOSFET模块，输出端则为PNP型晶体管。在IGBT器件的导通过程中，MOSFET模块驱动中的双极器件会在PN结之间形成一层偏压结构，当正栅偏压出现时，电子流的移动会使偏压结构发生正向偏压，此时更多的空穴进入N-区，这便使得IGBT中阴阳极间的电阻率得到了有效调整，不仅降低了功率损耗，也实现了器件的导通。在IGBT的阻断工作中，当栅极电压低于门限值，MOSFET模块中的集电极电流便会呈现降低趋势，由于受到器件中电荷密度与拓扑等因素的影响，呈现降低趋势的电流又会与少数载流子相结合，从而使器件中的耗尽层向N-区扩散，有效的实现线路的阻断。在输电系统中，IGBT主要用于线路的开通与关断控制，利用集电极与发射极间的电压差控制实现对输电线路中过流，缺电及过压保护。在输电线路的调制过程中，为了有效实现输电线路的信号延迟，控制信号分配以及逻辑判断保护等工作，可以将IGBT器件进行串联形成串联单元，使驱动信号内容得以丰富，从而实现驱动信号控制的多样化，促进IGBT导通与关断逻辑性控制效率的提升。
2、SVG补偿技术的内涵及应用
SVG补偿技术的原理不同于容性器件，其对功率的无功补偿是通过自换相桥式电路电抗器的工作得以实现的。在自换相桥式电路中，电抗器通过连接输电网络，能够使桥式电路的交流侧输出电压对线路进行调节，从而实现无功功率的有效补偿。在输电系统的实际应用中，SVG补偿技术也分为电流型和电压型两种。就电压型SVG补偿技术而言，在无功功率补偿过程中，补偿器件首先借助整流桥从电力交流系统中吸取电能，实现器件中直流侧电容的充电。待充电完成后，补偿器件中的电压值趋于稳定，控制器通过控制开关装置，使三相逆变器将容性器件中的容性电压输送到输电系统中，从而实现无功功率的补偿。电流型SVG技术的无功补偿则要首先对电网控制系统的补偿前电流和电压进行测定，通过对比控制前后的功率因数，计算出对应补偿电流的幅值和相位，从而根据电流的特性注入对应的无功电流，实现无功功率补偿的电流控制。SVG补偿技术主要应用于输电网络的低压配电系统中，利用SVG灵活的调控待输送的电能，能够促进功率因数的有效提高，这对于维持输电系统稳定性有着重要意义。
3、PWM整流器在柔性输电系统中的应用控制
PWM整流器是实现功率因数控制，调节输出电压的重要装置。在这一整流器器件中，主要包含八个功率开关器件，其中每四个构成一个独立的桥壁，在负载变化的影响下，开关管会在不同状态间转化，这便会造成直流母线电压的稳定性受到影响，但PWM整流器中的结构构成使其具有良好的系统抗负载扰动性，因此整流器便能够有效的实现功率双向流动，即负载在吸收额定功率的同时，也会对功率进行反馈，从而实现无功功率的补偿。在当前柔性输电系统的应用中，PWM整流器主要用于主电路的拓扑结构和线路的电流控制领域中。在小功率的电路结构中，PWM整流器的应用能够促进直流输出性能的进一步改善，通过对无功功率的有效控制，也可以减少开关器件的使用，实现控制线路结构的简化。PWM整流器对控制系统的电流控制，可以通过幅值与相位的调控得以实现，也能够利用三角波对瞬态电流进行调控，通过提高电流响应效率实现对输电系统的无功补偿。
五、结束语
随着我国工业化领域发展对电能质量要求的不断提高，如何科学合理的运用电力电子技术实现电能质量的优化日渐成为了供电企业关注的焦点。有源无功补偿技术的日趋成熟，为柔性输电系统的构建与完善提供了切实有效的途径，IGBT模块对饱和压降及驱动功率的全面调控，SVG技术对输电系统的时效性补偿以及PWM对模拟输电系统因数的有效控制等，都为我国供电企业的产业化规模效益提升提供了切实有力的保障。
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[4]陈辉祥.柔性交流输电技术的发展及其应用[J].广东电力，2002（06）
论文作者:章博文
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期
论文发表时间:2015/10/12
标签：柔性论文; 技术论文; 电压论文; 系统论文; 电流论文; 功率论文; 电网论文; 《基层建设》2015年16期论文;