柔性交流输电技术

浅谈柔性交流

输电（ＦＡＣＴＳ）技术

衣斌黑龙江建三江农垦电业局

极限是一项有价值而且紧迫的工作。ＦＡＣＴＳ技术为增强输电系统提供了新的手段。安装在长距离输电线中间或受端的静止无功补偿装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）能够提供电压支撑从而能极大地提高长距离输电系统的稳定性。

三、ＦＡＣＴＳ技术的分类及其技术原

器（ＳＴＡＴＣＯＮ），晶闸管投切串联电容器（ＴＣＳＣ），统一潮流控制器（ＵＰＦＣ）就是基于ＦＡＣＴＳ技术的产品。

理

ＦＡＣＴＳ技术按其接入系统方式可分为并联型，串联型和综合型。并联型ＦＡＣＴＳ主要用于电压控制和无功潮流控制；串联型ＦＡＣＴＳ主要用于输电线路的有功潮流控制、系统的暂态稳定和抑制系统功率振荡；综合型ＦＡＣＴＳ设备主要包括潮流控制器（ＵＰＦＣ）和可控移相器（ＴＣＰＲ），ＵＰＦＣ适用于电压控制、有功和无功潮流控制、暂态稳定和抑制系统功率振荡，ＴＣＰＲ适用于系统的有功潮流控制和抑制系统功率振荡。各种类型设备的技术原理介绍如下：

１、并联型ＦＡＣＴＳ装置

典型的并联型ＦＡＣＴＳ装置是ＳＴＡＴＣＯＭ。ＳＴＡＴＣＯＭ主回路主要是由大功率电力电子器件组成的电压型逆变器和并联直流电容

器构成，是与传统ＳＶＣ原理完全不同的无功补偿系统。这种装置脱离

了以往无功功率概念的约束，不采用常规电容器和电抗器来实现无功补偿，而是利用逆变器产生无功功率。因此，设备无功功率的大小都由它输出的电流来调整，而其输出的电流与系统电压基本无关，这些功能、原理上类似于同步调相机，但它是完全的静态装置，因此ＳＴＡＴＣＯＭ又称为静止调相器，它的动态性能远优于同步调相机，启动无冲击，调节连续范围大，响应速度快，损耗小。

２、串联型ＦＡＣＴＳ装置

典型的串联型ＦＡＣＴＳ装置是可控串补（ＴＣＳＣ）。ＴＣＳＣ通常指采取晶闸管控制的分路电抗器与串联电容器组并联组成的串联无功

补偿系统，通过改变晶闸管的触发角来改变分路电抗器的电流，使

二、我国电力的发展需要柔性交流输电技术

上世纪八十年代中期，美国电力科学研究院Ｎ．Ｇ．Ｈｉｎｇｏｒａｎｉ博士首次提出ＦＡＣＴＳ概念：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。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高。

柔性交流输电系统能在较大范围有效地控制潮流；线路的输送能力可增大至接近导线的热极限；电网和设备故障的危害可得到限制，防止线路串级跳闸，以避免事故扩大；易阻尼消除电力系统振荡，提高系统的稳定性。

目前，在我国部分高等院校、电力生产和设计部门及一些电气设备制造厂家都已开始ＦＡＣＴＳＡ技术方面有较深入的研究。

随着新建电厂的不断并网发电，中国电力系统总装机容量上了新的台阶，然而整个电力系统出现了输电网络建设滞后于电厂建设的问题。许多长距离输电线输送的功率受到稳定极限的限制，这些输电线线路中间和受端由于缺乏强有力的电压支撑，其稳定极限大大低于其热稳定极限。这导致送端的发电厂窝电现象突出，发电厂的容量不能得到充分应用。如何提高长距离输电线的稳定极限，使其接近甚至达到其热稳定

２１世纪的输电系统运行将承担更大的来自环境保护和电力市场等方

面的压力和需求。柔性交流输电系统恰好可以满足增大输送能力、保持输电系统稳定和优化系统运行的几大需求。

一、柔性交流输电的概念

柔性交流输电系统是ＦｌｅｘｉｂｌｅＡＣＴｒａｎｓｍｉｓｓｉ

ｏｎＳｙｓｔｅｍｓ的中文翻译，英文简称ＦＡＣＴＳ，指应用于交流输电系统的电力电子装置，其中“柔性”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；在电力电子装置最早用于直流输电系统中并实现了对输送功率的快速控制，由此人们想在交流系统中加装电力电子装置，寻求对潮流的可控，以获得最大的安全裕度和最小的输电成本，ＦＡＣＴＳ技术应运而生，静止无功补偿器（ＳＶＣ），静止

同步补偿串联补偿器的等效阻抗大小能够连续平滑快速变化，因而ＴＣＳＣ可以等效成一个容量连续可变的电容器，其接入的输电线路的等效阻抗也可以连续变化，在给定的线路两端电压和相角情况下，线路的输送功率将可实现快速连续控制，以适应系统负载变化和动态干扰，达到控制线路潮流，提高系统暂态稳定极限的目的，也可以用于阻尼系统功率振荡和抑制次同步振荡。

３、综合型ＦＡＣＴＳ装置

典型的综合型ＦＡＣＴＳ设备是综合潮流控制器（ＵＰＦＣ）。

ＵＰＦＣ是将并联补偿的ＳＴＡＴＣＯＭ和串联补偿的ＳＳＳＣ组合

成具有一个共同统一的控制系统的新型潮流控制器，它结合了多种ＦＡＣＴＳ技术的灵活控制手段，是ＦＡＣＴＳ技术中功能最强大的装置，它通过将换流器产生的交流电压串接入相应的输电线上，使其幅值和相角均可连续变化，从而控制线路等效阻抗，电压或功角，同时控制输电线路的有功和无功潮流，提高线路输送能力和阻尼系统振荡，它最基本的特点之一是注入系统的无功是其本身装置控制和产生的，但注入系统的有功必须通过直流回路由并联回路ＳＴＡＴＣＯＭ传至串联回路Ｓ

ＳＳＣ，作为ＵＰＦＣ整体，并不大量消耗或提供有功功率。

四、ＦＡＣＴＳ技术的适用范围

ＦＡＣＴＳ技术由于采用具有单独或综合功能的电力电子控制装置，比常规的输电控制技术，如串并联电容电抗、ＰＳＳ和同步调相机等具有优越的快速性能和灵活的控制能力，同时还具有良好的适应性。由于ＦＡＣＴＳ技术与现有的交流输电系统是并行发展的，并完全兼容，能

在现有设备不做重大改动的条件下，采用合适有效的ＦＡＣＴＳ技术，充分发挥现有电网的潜力。因此，在电力系统中具有广泛而良好的应用前景。应用ＦＡＣＴＳ技术的重要作用表现在：

首先，充分利用现有的输电线路的能力和资源。现行电力系统由稳定条件限定的输送功率的极限偏低，输电线路的能力远未被充分利用，而采用ＦＡＣＴＳ技术，理论上可使输电线路的输送功率极限大大提高，甚至接近导线的热稳极限，从而提高输电线路资源的利用率。

其次，能够提高电网和输电线路的安全稳定性、可靠性和运行经济性。

用。

２）安全防护用具的维护。安全防护用具的维护工作应尤其重视，应强调在作业前后仔细检查，及时发现问题，预防因绝缘防护损坏而引发事故发生。

２、绝缘遮蔽罩的选用。可以通过国内科研单位（中国电力科学研究院、国电武汉高压研究所）了解国内在配电网带电作业绝缘遮蔽制造处于领先厂商，对这些在国内制造水平处于领先的厂商生产的绝缘遮蔽工具的制造工艺、工艺质量等进行比较，货比三家中选出制造水平较高，价格便宜的厂家，根据生产现场所需求的工具型号、尺寸，对所需的绝缘遮蔽罩“量体裁衣”，长期与厂家合作，利用现有的国家标准及行业标准和企业标准，来制约生产厂家的选材、生产技术管理、工艺要求等，使生产出来的遮蔽罩在现场作业能更“顺手”，避免购买的器具因厂家设计不符合我局配电网实际安装工艺要求情况，而造成浪费。同时加强绝

缘防护工具在运输过程中存在的危险点防范，应配置经改造的专用的汽车进行运输工器具。

３、绝缘斗臂车的维护。绝缘斗臂车大多是国外进口或是引进国外技术进行生产组装，目前行业及国家标准未出台，我们只能根据ＩＥＣ／ＴＣ７８相关标准来制定企业标准来约束和规范使用。鉴于目前我们绝缘斗臂车在使用中日常试验检查做的机械试验是参照高空作业车标准进

行试验，试验方法及试验方式是否会对其造成损伤或是试验强度认识不够，这都使使用过程中存在着一定的安全隐患（绝缘斗臂车的斗及臂为玻璃纤维环氧树脂材料做成的，其材料延伸率小于５％是为脆性材料）。我们应当加强与带电标委会的联系及沟通，及时了解当今国内配电网带电作业发展动向及先进技术，同时与带电标会建立合作关系，这将对我局的带电作业发展和安全生产有很大的促进，也使我们开展配电网带电作业少走弯路。

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柔性交流输电技术 - 简介

柔性交流输电技术（Flexible Alternating Current Transmission Systems，简称FACTS）又称为灵活交流输电技术，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。

柔性交流输电技术 - 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。

柔性交流输电技术 - 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。

柔性交流输电技术 - 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。

柔性交流输电技术 - 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。[1]

柔性交流输电技术

2007-8-16 11:26:03 电源在线网

柔性交流输电技术(flexible alternative current transmission systems，FACTS)是将电力电子技术、微处理机技术和控制技术等高新技术集中应用于高压输变电系统，以提高输配电系统可靠性、可控性、运行性能和电能质量并获取大量节电效益的一种新型综合技术。

柔性交流输电系统的概念是由美国电力科学研究院N. G. Hingorani博士于1988年首先提出的，在此以前出现的静止无功补偿设备(也属于此范筹。1997年IEEE PES冬季会议上正式对FACTS做了定义。从早期出现的SVC开始，FACTS技术的发展经历了20多年。按其性能和功能的不同可划分为以下三代，而是否含有常规电力器件(电容器和电抗器，抽头，抽头变压器等)可以说是FACTS技术发展的分界线。

a) 第一代FACTS技术

从20多年前就出现的SVC开始，主要由晶闸管开关快速控制的电容器和电抗器组成的装置，以提供动态电压支持，其技术基础是常规晶闸管整流器(semiconductor controlled re ctifier,SCR)，后来出现的第一代FACTS装置是晶闸管控制的串联电容器

led series compensator,TCSC)，它利用SCR控制串接在输电线路中的电容器组来控制线路阻抗，从而提高输送能力。

b) 第二代FACTS 技术

这一代装置同样具有支持电压和控制功率等功能，但在外部回路中不需要加设大型的电力设备(指电容器和电抗器组或移相变压器等)。这些新装置如静止无功发生器(static compens ator，STATCOM)和串联补偿器设备采用了门极可关断设备(gate turn off thristor, GTO；insulated gate bipolar transistor, IGBT)等一类全控型器件，起电子回路模拟出电容器和电抗器组的作用, 装置造价大大降低，性能却明显提高。

c) 第三代FACTS 技术

将两台或多台控制器复合成一组FACTS装置，并使其具有一个共同的、统一的控制系统。如将一台STATCOM和一台SSSC复合而成的综合潮流控制器(unified power flowcontro ller，UPFC)，它可以控制线路阻抗，电压或功角的方法同时控制输电线路的有功和无功潮流。调节双回路潮流的线间潮流控制器和可控移相器都属于复合控制器。

早期受电力电子设备发展的限制，使FACTS技术在经济上和运行可靠性方面优势不明显。随着大功率高电压电力电子技术、微处理机技术和控制技术在近十几年的高速发展和日益成熟稳定，FACTS技术可靠性有了大大的提高，造价也不断降低，使直接对高电压大

功率的输电系统进行可靠和快速控制已成为可能，而与电力电子元器件配套的驱动回路、保护和冷却等辅助技术也日趋完善，使FACTS技术逐步进入了实用阶段。