柔性交流输电技术

灵活快速控制交流输电的新技术

柔性交流输电技术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，它能够增强交流电网的稳定性并降低电力传输的成本。该技术通过为电网提供感应或无功功率从而提高输电质量和效率。

简介

柔性交流输电技术，由美国电力专家N.G. Hingorani于1986年提出，并定义为“除了直流输电之外所有将电力电子技术用于输电的实际应用技术”。

背景

柔性交流输电系统的提出与发展，一方面与电力电子技术的飞跃发展有关，另一方面，也与当时美国的国情有关。在美国，由于电网转售电力的日益增加，使得输电系统中潮流分布十分不合理，加重了输变电设备与线路的负担，使输电容量的储备日益减少。

另外，由于环境保护等因素，建设新的高压输电线路的造价大大提高，并且十分困难。这样，就向电力工作者们提出了一个挑战性的课题：如何更有效地利用现有输电网络、在不降低电力系统运行可靠性的前提下，大大提高线路的输送能力。柔性交流输电系统也就应运而生了。

目前，柔性交流输电技术是美国电力科学研究院所倡导的研究方向。世界上许多国家的电力公司和电力设备制造厂家也不甘落后，正在投入巨资研究和开发柔性交流输电及其相应设备。

主要内容

其主要内容是在输电系统的主要部位，采用具有单独或综合功能的电力电子装置，对输电系统的主要参数（如电压、相位差、电抗等）进行灵活快速的适时控制，以期实现输送功率合理分配，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统稳定和可靠性。

主要功能

可归纳为：①较大范围地控制潮流；②保证输电线输电容量接近热稳定极限；③在控制区域内可以传输更多的功率，减少发电机的热备用；④依靠限制短路和设备故障的影响防止线路串级跳闸；⑤阻尼电力系统振荡。

设备分类

柔性交流输电系统的设备可分为串联补偿装置、并联补偿装置和综合控制装置。

串联补偿装置，如晶闸管控制串联电容器（TCSC）、晶闸管控制串联电抗器（TCSR），静止同步串联补偿器（SSSC）等，主要用于改变系统的有功潮流分布，提高系统的输送容量和暂态稳定性等；

并联补偿装置，如静止无功补偿器（svC），晶闸管控制制动电阻器（TCBR）、静止同步补偿器（STATCOM）等，主要用于改善系统的无功分布，进行电压调整和提高系统电压稳定性等；

综合控制装置，如统一潮流控制器（UPFC）等，综合了串、并联补偿的功能和特点，是实现电力网络控制潮流，阻尼振荡，提高系统稳定性等多种功能的得力措施。

目前已成功应用或正在开发研究的FACTS装置有十几种，如静止无功补偿器、静止调相器、超导蓄能器、固态断路器、可控串联电容补偿等。国内自主成套设计和制造的静止无功补偿器、静止调相器和可控串联电容补偿已在电网中挂网运行。

技术特点

柔性交流输电技术能有效提高交流系统的安全稳定性。可以满足电力系统长距离、大功率、安全稳定输送电力的要求，柔性交流输电技术从根本上改变了交流电网过去基本上只依靠缓慢、间断以及不精确设备进行机械控制的局面，为交流输电网提供了控制快速、连续和精确的控制手段以及输送优化潮流功率的能力，保证了系统稳定性，有助于在事故发生时防止连续反应造成的大面积停电。

柔性交流输电技术的经济性很好。首先，它完全能与原输电方式协调，无机械磨损，控制信号功率小、控制灵活性高，能快速、平滑调节，可灵活、方便、迅速地改变系统潮流分布，提高系统的稳定性。其次，采用柔性交流输电技术的线路，输送能力可增大到接近导线的热极限，提高了送电线路的利用率。再次，柔性交流输电技术能够提高联络线的输电能力，减少发电机备用容量。最后，采用柔性交流输电技术，电网和设备故障的影响可以得到有效的控制，防止事故扩大，减轻系统事故的影响。

展望

运用柔性交流输电技术，通过控制设备，可以有效地控制和调节电网运行的柔性，且把风电等新能源引入系统的运行方式，从而更好地满足电网运行的需求。随着当前电网的不断发展，电网中的负荷和自由潮流也逐渐变大，这不利于电能的经济、高效传输。此外，电力系统的稳定性及导线发热对交流远距离的输电传输有着重要的影响。因此，柔性交流输电技术中的控制系统的运行方式是很有必要的。

美国专家认为，若实现电力半导体开关的全面控制，就可实现电力系统的控制，从而通过电力传输系统就能将更多的电力传输出去。柔性交流输电技术集中了电力电子技术和控制技术，为发展智能电网发展提供了保障，具有广阔的市场前景。

工程应用

2004年，我国首套国产化可控串补工程、世界第一个固定及可控混合型串补工程——甘肃碧成220千伏可控串补装置顺利投运，我国成为世界上第4个掌握此项技术的国家。

3年后，被中国电机工程学会称为当时“世界上可控串补度最高、串补容量最大、额定提升系数最大、阀额定电压最高、运行环境最复杂、设计难度最大”的国产化超高压可控串补工程——伊（敏电厂）冯（屯）500千伏可控串补装置成功投运。

这两项工程在建设之初，就为国家节省基建投资约4亿元，减少输电走廊面积约2100多公顷，后者少砍伐大兴安岭原始森林约750公顷，有效保护了宝贵的生态资源，其环保效益难以估量。

2015年11日9时28分，国家电网重大科技示范工程、江苏南京220千伏西环网“统一潮流控制器”工程正式投运。这是我国首个自主知识产权的“统一潮流控制器”工程，标志着我国在柔性交流输电技术上已经走在了世界前列。

发展趋势

市场研究公司MarketsandMarkets发布的一项报告称，到2018年，中国将成为全球最具潜力的柔性交流输电系统市场之一。

报告中提到，截止2012年，美洲是全球最大的柔性交流输电系统市场。未来，全球柔性交流输电系统市场主要划分成四个区域，分别是美洲、欧洲、亚太地区和世界其他地区。

预计到2018年，全球柔性交流输电系统市场规模将达到13.8601亿美元（约合84.8亿元人民币）。

同时，亚太地区作为新兴市场正在迅速崛起。到2018年，亚太地区有望超越美洲成为最大的柔性交流输电系统市场。中国、印度和澳大利亚将成为全球最具潜力的柔性交流输电系统市场。

另外，由于欧洲地区政府积极发展风电，确保该地区可再生能源电力比例，欧洲同样会成为全球重要的柔性交流输电系统市场之一。