柔性交流輸電技術

柔性交流輸電技術是綜合電力電子技術、微處理和微電子技術、通信技術和控制技術而形成的用於靈活快速控制交流輸電的新技術，它能夠增強交流電網的穩定性並降低電力傳輸的成本。該技術通過為電網提供感應或無功功率從而提高輸電質量和效率。

基本介紹

• 中文名：柔性交流輸電技術
• 外文名：Flexible Alternating Current Transmission Systems
• 簡稱：FACTS
• 又稱為：靈活交流輸電技術

簡介

柔性交流輸電技術，由美國電力專家N.G. Hingorani於1986年提出，並定義為“除了直流輸電之外所有將電力電子技術用於輸電的實際套用技術”。

背景

柔性交流輸電系統的提出與發展，一方面與電力電子技術的飛躍發展有關，另一方面，也與當時美國的國情有關。在美國，由於電網轉售電力的日益增加，使得輸電系統中潮流分布十分不合理，加重了輸變電設備與線路的負擔，使輸電容量的儲備日益減少。

另外，由於環境保護等因素，建設新的高壓輸電線路的造價大大提高，並且十分困難。這樣，就向電力工作者們提出了一個挑戰性的課題：如何更有效地利用現有輸電網路、在不降低電力系統運行可靠性的前提下，大大提高線路的輸送能力。柔性交流輸電系統也就應運而生了。

目前，柔性交流輸電技術是美國電力科學研究院所倡導的研究方向。世界上許多國家的電力公司和電力設備製造廠家也不甘落後，正在投入巨資研究和開發柔性交流輸電及其相應設備。

主要內容

其主要內容是在輸電系統的主要部位，採用具有單獨或綜合功能的電力電子裝置，對輸電系統的主要參數（如電壓、相位差、電抗等）進行靈活快速的適時控制，以期實現輸送功率合理分配，降低功率損耗和發電成本，大幅度提高系統穩定和可靠性。

主要功能

可歸納為：①較大範圍地控制潮流；②保證輸電線輸電容量接近熱穩定極限；③在控制區域內可以傳輸更多的功率，減少發電機的熱備用；④依靠限制短路和設備故障的影響防止線路串級跳閘；⑤阻尼電力系統振盪。

設備分類

柔性交流輸電系統的設備可分為串聯補償裝置、並聯補償裝置和綜合控制裝置。

串聯補償裝置，如晶閘管控制串聯電容器（TCSC）、晶閘管控制串聯電抗器（TCSR），靜止同步串聯補償器（SSSC）等，主要用於改變系統的有功潮流分布，提高系統的輸送容量和暫態穩定性等；

並聯補償裝置，如靜止無功補償器（svC），晶閘管控制制動電阻器（TCBR）、靜止同步補償器（STATCOM）等，主要用於改善系統的無功分布，進行電壓調整和提高系統電壓穩定性等；

綜合控制裝置，如統一潮流控制器（UPFC)等，綜合了串、並聯補償的功能和特點，是實現電力網路控制潮流，阻尼振盪，提高系統穩定性等多種功能的得力措施。

目前已成功套用或正在開發研究的FACTS裝置有十幾種，如靜止無功補償器、靜止調相器、超導蓄能器、固態斷路器、可控串聯電容補償等。國內自主成套設計和製造的靜止無功補償器、靜止調相器和可控串聯電容補償已在電網中掛網運行。

特點

柔性交流輸電技術能有效提高交流系統的安全穩定性。可以滿足電力系統長距離、大功率、安全穩定輸送電力的要求，柔性交流輸電技術從根本上改變了交流電網過去基本上只依靠緩慢、間斷以及不精確設備進行機械控制的局面，為交流輸電網提供了控制快速、連續和精確的控制手段以及輸送最佳化潮流功率的能力，保證了系統穩定性，有助於在事故發生時防止連續反應造成的大面積停電。

柔性交流輸電技術的經濟性很好。首先，它完全能與原輸電方式協調，無機械磨損，控制信號功率小、控制靈活性高，能快速、平滑調節，可靈活、方便、迅速地改變系統潮流分布，提高系統的穩定性。其次，採用柔性交流輸電技術的線路，輸送能力可增大到接近導線的熱極限，提高了送電線路的利用率。再次，柔性交流輸電技術能夠提高聯絡線的輸電能力，減少發電機備用容量。最後，採用柔性交流輸電技術，電網和設備故障的影響可以得到有效的控制，防止事故擴大，減輕系統事故的影響。

展望

運用柔性交流輸電技術，通過控制設備，可以有效地控制和調節電網運行的柔性，且把風電等新能源引入系統的運行方式，從而更好地滿足電網運行的需求。隨著當前電網的不斷發展，電網中的負荷和自由潮流也逐漸變大，這不利於電能的經濟、高效傳輸。此外，電力系統的穩定性及導線發熱對交流遠距離的輸電傳輸有著重要的影響。因此，柔性交流輸電技術中的控制系統的運行方式是很有必要的。

美國專家認為，若實現電力半導體開關的全面控制，就可實現電力系統的控制，從而通過電力傳輸系統就能將更多的電力傳輸出去。柔性交流輸電技術集中了電力電子技術和控制技術，為發展智慧型電網發展提供了保障，具有廣闊的市場前景。

工程套用

2004年，我國首套國產化可控串補工程、世界第一個固定及可控混合型串補工程——甘肅碧成220千伏可控串補裝置順利投運，我國成為世界上第4個掌握此項技術的國家。

3年後，被中國電機工程學會稱為當時“世界上可控串補度最高、串補容量最大、額定提升係數最大、閥額定電壓最高、運行環境最複雜、設計難度最大”的國產化超高壓可控串補工程——伊（敏電廠）馮（屯）500千伏可控串補裝置成功投運。

這兩項工程在建設之初，就為國家節省基建投資約4億元，減少輸電走廊面積約2100多公頃，後者少砍伐大興安嶺原始森林約750公頃，有效保護了寶貴的生態資源，其環保效益難以估量。

2015年11日9時28分，國家電網重大科技示範工程、江蘇南京220千伏西環網“統一潮流控制器”工程正式投運。這是我國首個自主智慧財產權的“統一潮流控制器”工程，標誌著我國在柔性交流輸電技術上已經走在了世界前列。

發展趨勢

市場研究公司MarketsandMarkets發布的一項報告稱，到2018年，中國將成為全球最具潛力的柔性交流輸電系統市場之一。

報告中提到，截止2012年，美洲是全球最大的柔性交流輸電系統市場。未來，全球柔性交流輸電系統市場主要劃分成四個區域，分別是美洲、歐洲、亞太地區和世界其他地區。

預計到2018年，全球柔性交流輸電系統市場規模將達到13.8601億美元（約合84.8億元人民幣）。

同時，亞太地區作為新興市場正在迅速崛起。到2018年，亞太地區有望超越美洲成為最大的柔性交流輸電系統市場。中國、印度和澳大利亞將成為全球最具潛力的柔性交流輸電系統市場。

另外，由於歐洲地區政府積極發展風電，確保該地區可再生能源電力比例，歐洲同樣會成為全球重要的柔性交流輸電系統市場之一。