电网关键技术 | 灵活交流输电：跨界与融合

灵活交流输电技术实现了大功率电力电子开关器件的制造技术、现代控制技术和传统电网技术的有机融合，大幅度提高了输电线路的输送能力和电力系统的安全稳定水平，提升了系统的可靠性和运行灵活性。

应运而生：“硅片引起的第二次革命”

灵活交流输电FACTS也称为柔性交流输电，以电力电子技术和控制技术为基础，对交流输电系统的阻抗、电压、相位、功率等实现灵活快速调节，可以用来对系统的有功、无功潮流进行灵活控制，目的是提高线路输送能力、提高系统稳定水平、改善电能质量、提高系统可靠性等。灵活交流输电技术发展是电网运行控制的客观需求，也是电力电子技术发展的必然趋势。现代电力系统已经发展成为大规模的交直流互联电网，区域内发电和负荷分布不均衡、输变电设备潮流分布不均匀等问题日益突出。同时，由于城市规划所限，线路改造、电网扩建难度越来越大，对输电网的可靠、经济运行要求也在不断提高。电力电子器件的快速发展使灵活交流输电从梦想成为现实，大功率电力电子器件用于高压输电系统被称为继微电子技术之后“硅片引起的第二次革命”。近10年来，门极可关断晶闸管GTO、绝缘栅双极型晶体管IGBT等大功率高压开关器件开断能力不断提高，信息处理技术、控制理论的进步也为灵活交流输电技术迅速发展创造了有利条件。

灵活交流输电装置逐渐加入到现有交流输电系统，与现行交流输电系统并行发展，可以在现有设备不做重大改动的前提下，针对局部电网的具体问题，采用大功率电力电子技术以渐进方式改变，在世界上得到广泛认可和发展。

相辅相成：灵活交流输电的主要设备

灵活交流输电装置可以分为：串联型装置，如可控串联补偿装置、静止同步串联补偿装置、用于有功功率调节的相间功率控制器等;并联型装置，如静止无功补偿装置、静止同步补偿装置等;串并联型装置，如统一潮流控制器UPFC、可转换静止补偿器等。其中，统一潮流控制器是当前灵活交流输电技术的制高点，具有灵活控制系统潮流、提高电网传输能力、改善系统稳定性等多种功能。

灵活交流输电对电力系统的作用具体表现在以下方面：1. 提高线路的输送能力，不仅节约输电成本和占地，而且有利于环境保护。2. 提供无功电压支撑。灵活交流输电装置能够更快速、连续、灵活地补偿电力系统的无功功率，同时进行无功优化管理。3. 提高暂态稳定水平。灵活交流输电装置可以在电网发生或即将发生故障时提供快速、平滑的调整来进行动态潮流控制和电压支持，有助于防止连锁性事故的扩大，减少事故恢复时间及停电损失。4. 有益于现代大电网互联。灵活交流输电技术带来的灵活控制潮流和提高稳定性的能力为互联大电网的运行提供了技术保障，从而实现能源的优化配置，提高电力设备的使用效率。

戈壁明珠：

可控并联电抗器装置工程

甘肃电网敦煌变电站750千伏分级式可控并联电抗器是为配合新疆—西北联网工程——哈密—敦煌—酒泉750千伏输电通道无功配置优化而投运的重点项目。

为了适应大规模风电送出功率及电压波动，满足系统运行电压、无功控制的要求，国家电网公司在敦煌750千伏母线上装设了一组300兆乏4级可控并联电抗器，全套装置由南瑞集团中电普瑞科技有限公司集成供货，是世界上首套用于750千伏风电集中送出系统的可控并联电抗器，也是目前世界上挂网运行电压最高(额定电压800千伏)、容量最大(额定容量300兆乏)的可控并联电抗器。装置于2012年1月5日正式投运，有效抑制了敦煌站母线电压偏高和波动幅度大的现象，降低了线路无功损耗;有效解决了低压无功补偿装置频繁投切的问题，提高了设备使用寿命。敦煌变750千伏可控并联电抗器装置的研制成功和工程投运，标志着我国在可控并联电抗器研制和工程实施方面已居于世界领先地位，推动了可控并联电抗器技术产业化发展的进程，带动了变压器制造、大容量晶闸管阀制造等相关产业的快速发展，在技术先进性和推动高技术向生产力转化方面具有示范作用。

勇立潮头：统一潮流控制器UPFC示范工程

苏州南部500千伏电网存在直流小方式下受电能力受限、动态无功支撑不足、直流双极闭锁后应急拉限电多等问题。采用常规的线路增容、新增输电通道等方案均存在难以控制的风险，技术经济不合理。同时，苏州南部500千伏电网结构在规划期内保持稳定，其影响潮流分布的主要因素——锦苏直流运行方式的季节性变化长期存在。国网江苏省电力有限公司开展了应用研究、建设工作，在苏州南部电网的500千伏梅里—木渎双回线路木渎侧装设统一潮流控制器UPFC(站址位于苏州市吴中区)，以解决冬季直流小方式下的电力受进问题、夏季直流大方式下双极闭锁后拉限负荷过多的问题，同时还能对电网起到动态无功支撑的作用。500千伏UPFC采用2个串联侧换流器加1个并联侧换流器的结构，其中串联侧换流器接入梅里—木渎双线，并联侧换流器接入木渎500千伏母线。

苏州500千伏UPFC工程于2017年12月19日投入运行，3个换流器额定容量为3×250兆伏安,是世界上电压等级最高、容量最大的UPFC工程(示范工程投产前国际上电压等级最高为345千伏、容量最大为320兆伏安，均位于美国)。工程投运后将发挥控制电网潮流、提升输电能力、提供动态无功补偿、提高特高压锦苏直流安全水平等作用。当苏南地区出现大范围电网故障时，UPFC可以提高交流线路输送功率总和，最大限度缩小事故造成的停电范围。

一举多得：特高压串联补偿示范工程

1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程起于山西长治变电站，经河南南阳变电站，止于湖北荆门变电站，全线单回路架设，全长640千米，变电容量600万千伏安，系统标称电压1000千伏，最高运行电压1100千伏。为进一步提高特高压线路的输送容量，国家电网公司在长治、南阳站分别加装20%和40%串联补偿装置，全套装置由南瑞集团普瑞科技集成供货，其系统电压等级1000千伏、额定电流5080安培、额定容量2288兆乏，提高输送能力100万千瓦，单回特高压线路稳定输送容量达500万千瓦，短时电流耐受能力63千安、装置可用率99.8%，抗震等级8度。首套1000千伏串联补偿装置于2011年12月16日成功投运，引领了串联补偿技术发展。

特高压串补示范工程的应用，使线路的最大输送容量达到了572万千瓦，节省了线路建设投资，节省了大量土地资源、减轻了对生态环境的影响，具有巨大的社会和经济效益。同时，带动了相关产业和技术发展，提升了我国核心自主知识产权成套装备的国际竞争力，为我国占领世界特高压领域的技术制高点提供了强力支撑。