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柔性交流输电系统

一柔性交流输电系统的基本概念

柔性交流输电系统(FACTS)的英文表达为：FlexibleACTransmission

Systems,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。

上世纪八十年代中期，美国电力科学研究院(EPRI)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(系统

中所有运行参数的总体，包括各个母线电压的大小和相位，各个发电机和负荷的功率及电流，以及各个变压器和线路等元件所通过的功率，电流和其中的损耗。也称系统中有规律波动的功率流动为潮流)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灵活性和稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提高。

柔性交流输电系统是大功率电力电子器件在高压领域直接完成电器智能化的典范。

二柔性交流输电系统的提出

电力系统容量的不断的增长和电压等级的一再提

高，电网覆盖地域的日益扩大，大型电力系统所暴露出的问题和矛盾越来越突出，主要包括以下几个方面： 1,电力系统潮流的实时控制

电力生产中，由于发电能源(煤炭，石油，水力

等)的分布不均匀发电中心与负荷中心往往不一致因

此需要远距离输送大容量的电力。现代互联电网中的

功率流动常常出现“瓶颈”现象，使得潮流在电网中辗转，使损耗增加。另一方面，目前输电的稳定性极限也和

潮流紧密相关，潮流得不到大幅度实时调节只是电网的稳定性极限很低，线路的传输容量得不到充分利用。依照目前的常规方法，人们难以达到电力潮流

的实时控制，实际的功率分布可能与理想分布想去甚远。人们必须寻找可以快速灵活调节系统参数和网络结构的方法，对电力系统的潮流进行实时控制。

2,短路电流水平的提高

随着电力系统容量的不断增大，电网之间的电气联系程度日趋紧密，电网的段路水平迅速提高。现有的机械式断路器越来越难以应付极具增大的断流容量要求，系统内的载流导体及各种电气设备也无法满足不断提高的机械强度(动稳定性)和热容量等方面的要求。所以，电网容量增加时，运行中不满足上述要求的大容量电气设备就不得不更换，

设备利用率大大降低，更大容量的机械式断路器的研制也越来越苦难。

3,电力系统的稳定性问题

随着用电需求的正佳和电力工业的不断发展，电网结构日益复杂；发电厂单机容量的不断增大也使系统稳定问题日益突出，系统安全运行的管理也日趋困难。目前尚缺乏适应现代化大型电力系统需求的有效控制手段。

4,电力系统的控制速度

目前的交流输电系统中，就其控制手段而言，归根结底仍然是机械式的，所谓的计算机监控也是靠机械式开关执行的。发电机的调速器，短路器，变压器无论是有载调压还是移相器，最终执行的都是机械动作。而机械动作一般都不满足系统的控制要求。而且，机械动作可靠性差，器件寿命短也影响系统的运行可靠性。

5,电能质量问题

保证电能质量的根本在于无功功率的控制和谐

波的治理。电网在向负荷提供一定有功功率的同时，还必须提供一定的无功功率。为了保证发电机和变压器等设备的正常运行，也必须存在无功功率。但发电厂输出的过多的无功功率会会恶化系统的稳定性。现有的无功功率源如并联电容器，其调节速度和能力均有限，难以适应现代电力系统的要求。谐波是伴随大功率电力电子器件应用的副产品，几年来对电能质量的影响日益严重，必须要进行治理。

上述问题的共同点是：传统的运行控制手段不能满足电力系统飞速发展所产生的实际的需求，应用更快，更灵活的控制手段是发展现代电力系统的必由之路。

三电力电子在输电系统中的应用

电力电子技术是基于电力，电机，电器等应用领域的发展与需求，基于半导体技术的发展，融合了现代计算机技术和控制理论而发展起来的一门新技术。随着半导体制造工艺的不断提高，器件价格的降低，其越来越得到广泛的应用。

柔性交流输电的基本概念为：

在交流输电系统的主要部位，采用具有专门功能或综合功能的电力电子器件和现代自动控制装置或组合体，对输电系统的运行状态变量和参数如电压，相位差，电抗等以至网络结构进行调控，从而实时，灵活，快速地控制交流输电功率，以大幅度提高现有高压输电线路的输送能力，实现电功率的合理分配，降低功率损耗或发电成本，提高系统稳定运行的水平和可靠性。

3.1电力电子技术对输电系统的影响

电力电子技术对输电系统的影响首先是在输电方式上