摘要：柔性直流输电技术发展至今已经逐步走向成熟,尤其是在欧美地区,已经建成了数十条不同技术路线的柔性直流输电工程,积累了大量的工程经验。而在我国,该技术多年来一直处于理论研究阶段,最近几年才刚刚开始大量兴建示范工程。为给我国柔性直流技术的普及和工程应用提供参考,总结了国内外柔性直流输电的典型工程及技术应用现状。梳理了柔性直流输电的原理、结构和技术特点,系统总结了该技术的演化发展和工程应用经验,分析了柔性直流特有的独立控制有功无功功率,无换相失败问题等优点,提出了受电压源型换流器元件制造水平及其拓扑结构的限制导致柔性直流输送容量小、成本高、故障承受能力较弱等问题。
关键词：直流输电；配电网；MMC技术
0引言
柔性直流输电系统作为新一代直流输电技术，在世界范围内已经得到了广泛应用与发展。本文针对柔性直流输电技术的现状与应用前景，首先介绍了其相比于传统交直流输电技术的主要优势，即孤岛特性、多端输电特性、基于MMC技术的谐波特性和无功控制特性。对于柔直技术的应用前景，主要介绍了直流断路器、多端稳定控制。
1柔性直流输电基本发展情况
上个世纪70年代，以晶闸管为代表的电力电子器件和微处理器的发展，促进了常规高压直流输电的发展。90年代出现的全控器件促使研究人员将直流输电技术从半控的晶闸管元件转移至全控型器件IGBT、IGCT等。基于电压源型换流器（VSC）的高压直流输电概念最早由加拿大McGill大学Boon-Teck等学者于1990年提出。随后2002年基于MMC技术的多电平换流器概念由慕尼黑联邦国防军大学相关学者提出。
2柔性直流输电的主要概念及主要优势
近些年以晶闸管换流器为核心的高压直流输电技术，吸引了人们的目光。其主要的优势在于高压输电走廊的低建设成本，不同相位交流电网的柔性互联，负荷中心远距离大功率输电。常规直流输电技术所具有的优势，柔性直流输电技术均含有，但同时柔性直流输电还具有一些独有的特点。
2.1孤岛特性
常规高压直流输电技术需要受端电网为强电网，受端电网需要提供电压支撑方可保证输电稳定。常规直流建设初期，因本身交流电网容量较大，高压直流输电只是作为小部分补充，问题并不明显。近些年来，我国新能源建设蓬勃发展，大量西部的新能源需要通过直流线路输送到东部负荷中心，交流端容量不足够支撑大量直流线路输入的问题已逐渐明显。相比于常规直流输电，柔性直流输电技术采用全控型器件，在受端电网可表现为一个独立的交流电源，不仅对受端电网没有电压支撑要求，在交流网侧内部发生故障时，还可以提供低电压穿越能力。综合看来，柔性直流技术的这一特性可以广泛应用于孤岛供电及大规模新能源消纳。不仅在我国已经建成诸如南澳岛，舟山等项目，欧美也有大量已经建成或者在建的采用柔性直流的孤岛供电项目及新能源项目消纳工程。
2.2多端控制特性与配电网
常规直流输电因其需要受端电压支撑，多端控制相对较为复杂。所以国内已经建成的直流项目均是采用点对点模式的长距离高压线路，将能源富集区的电力输送至负荷中心。但随着国内经济整体发展，多经济中心格局必然形成。单纯的点对点输送方式不能够构成多负荷中心及多能源输送中心互联的高压直流输电网络。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆且我国东西部距离较长，不同的地区的负荷曲线随着地点、季节都会发生较大的变化，而使用多端的灵活柔性直流输电技术可以构成在高电压等级上的交直流输电网络来平衡各地不同时间不同季节能源需求。随着经济社会增长，点对点的方式只能作为地区发展不平衡状态下的特殊时代产物，以多端柔性直流为高压输电走廊，低压交直流配合的混合式电力网络代表了未来的发展方向。
2.3MMC技术与谐波无功控制
柔性直流输电提出时，主要采用两电平或三电平技术构成换流器，但对于高压直流输电的需求一直促使着研究人员对于柔直换流器提出新的电气拓扑。2001年提出的MMC技术从几乎根本上解决了高压输电问题。串联的MMC子模块，因其可以采用多电平技术进行高精度的输出电压控制，相比于常规直流输电的滤波器需求，基于MMC技术的换流器几乎不需要滤波支路。这无疑提高了系统的整体稳定性，降低了成本。电力系统中的70%的电能都被感应电机所消耗，同时也带来了大量的无功需求。对于配电网的大量无功需求，近年来电力电子器件的发展促进了以SVC、SVG为代表的静态无功补偿装置的迅速发展。但是相比于外置的无功补偿装置，基于柔性直流技术的换流器本身就可以提供无功补偿。相比外置的无功补偿设备，其响应速度，谐波控制，占地面积，经济造价都具有不可比拟的优势。需要指出的是，关于柔直换流器容量配置与SVG容量配置，需要考虑到多方面问题。如当地无功需求、无功补偿设备与换流器的无功响应速度、两种无功补偿方式的经济成本、发生故障时对于低电压穿越能力的需求等。
3当前面临的主要问题及解决方法
3.1直流断路器
面向直流输电的断路器，因其本身并没有自然过零点，需要直流断路器将故障下的直流迅速分开。大电流下的触点分开，必然会造成拉弧，过压等问题。直流断路器的研究一直是业界研究热点。一定程度上说，也是直流断路器这一关键设备的缺失，造成了直流输电技术一直无法大规模运行。不过近些年，全球各大电气设备厂商也在直流断路器上投入人力物力展开研究。已有不少企业可以提供大容量直流断路器成套产品。
3.2多端多层次配电网的稳定控制
相比于以变压器和发电机为核心的网架结构，柔性直流输电网络的核心在于换流器控制。以保护和控制一体的直流输电控制系统为多耦合、强相关、非线性系统。系统整体的稳定性、可靠性及相关的控制保护配合在小电网系统并未显著体现出控制难度。但是随着直流联网与多端系统的发展，多个换流站之间的配合控制，既提高了系统整体可控的能力，也增大了系统连锁，整体震荡的风险。相比于交流系统，其故障影响、黑启动技术、区域间连锁控制，均需要重点分析与设计。
4结论
本文就现有的柔性直流输电系统的发展现状及前景进行分析，阐释柔性直流输电系统本身所具有的灵活输电特性，相比于传统的交流输电系统与常规直流输电系统，柔直输电系统更能代表未来输电系统的发展趋势。国内城镇化进程会产生更多更为集中的经济与能源中心，合理配备的柔性直流输电系统才能更好的服务于经济建设，降低输电系统造价，提高系统可控能力，降低系统故障带来的影响，缩小故障影响范围。
参考文献
[1]纪炜,王笑天,于世龙.柔性直流输电技术及其应用研究[J].民营科技.2017(11)
[2]汤广福.基于电压源换流器的高压直流输电技术[M].北京:中国电力出版社.2010.
[3]韦延方,卫志农,孙国强,等.一种新型的高压直流输电技术——MMC-HVDC[J].电力自动化设备,2012,32(7):1-9.
论文作者:魏腾
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/26
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