摘要：柔性直流输电作为一种具有广泛应用前景及技术先进的输电技术，在国家能源结构调整、区域能源互联发展中具有重要的作用。本文分析了柔性直流输电技术的特点及发展现状，总结了柔性直流输电技术的应用领域，并对未来柔性直流发电技术发展前景进行了展望分析。
关键词：柔性直流；输电技术；发展现状；应用前景
一、柔性直流输电技术简述
柔性直流输电技术是新一代的电能输送技术，目前已得到全世界各个国家的广泛认同，在我国也有着较为广泛的应用。柔性直流输电技术利用IGBT元件的可关断特性，能够分别对有功和无功功率进行独立控制，实现换流器的4象限运行。柔性直流输电技术和传统的输电技术相比，在输电系统的各个环节上都有了很大的技术改进，给电能的传输系统带了一个飞跃性的进展。柔性直流输电技术和传统的输电技术相比采用了模块化、多电平、交流侧接地的接地方式，采用这种接地方式解决了传统输电技术在一些方面的限制，对输电的距离、电压的限制、功率的限制方面都有很大程度的提升。柔性直流输电技术在电缆技术方面也有了很大的技术革新，和传统的输电技术相比，柔性直流输电技术的电缆技术可以给更高电压和功率的电能的传输提供更稳定、可靠的传输条件。
二、技术优势
VSC电流技术不仅自动关断，而且是运行在无源逆变环境中，因此不用额外的提供其它电压，接受系统可为无源网络，彻底的解决了高压输电技术的受端是有源网络的缺陷，使运用高压输电技术进行远距离的负荷输送成为现实；系统在运行时，VSC不仅同时操控有功功率及无功功率，使得控制系统方便快捷。而且高压输电技术的控制量只能是触发角，不能对有功功率或着无功功率进行相关的控制；该系统在潮流逆转时，直流电流输送方向反转但是直流电压的极性不会改变，与高压输电技术恰好相反。这样的特点即促进了对潮流控制力度又增加了系统的可靠性，使得传统高压输电技术系统对潮流的控制不便，串联时又降低可靠性的缺点得到切实的解决；而且VSC交流侧的电流完全能被控制，因此整个系统的短路功率不变或者减低；VSC一般运用PWM的技术，开关的频率而且会较高，进行了低通滤波的过滤后就能得到想要交流电压，所以无需使用变压器，也使得换流站的相关结构简化了，而且滤波过滤装置也大大减小。
三、柔性直流输电技术的特点及其研究现状
3.1 VSC-HVDC的系统结构及其工作原理
系统主要是由VSC、滤波器（交流）、电抗器、直流输电线路、电容等元件构成。其中VSC为核心部件，它是由换流桥和直流电容器构成的。
3.1.2系统运行原理。在VSC-HVDC系统当中，按照其主电路的拓扑结构及开关器件的类型，可采用SPWM（正弦脉宽调制）技术，通过该技术在调制参考波与三角载波进行比较，若是前者的数值比后者大，则会触发上桥臂到导通并关断下桥臂，如果前者的数值小于后者，则会触发下桥臂开关导通并关断下桥臂。因参考波的幅值及相位可利用脉宽调制技术实现自动调节，故此VSC的交流输出电压基频分量的幅值及相位也可通过脉宽进行调节。
3.2 VSC-HVDC的特点分析
大体上可将VSC-HVDC的特点归纳为以下六个方面：
①VSC-HVDC系统中的换流站独立对有功及无功功率进行控制，由此不但实现了有功与无功功率的四象限运行，而且控制非常方便和灵活。②换流站之间无需通讯，各个站能够独立控制运行。③不需要在线路间增设无功补偿装置。④开关频率高、滤波装置的容量较小，无需设置专门的换流变压器。⑤新型直流电缆的应用使其能够适应多种恶劣的环境。⑥采用先进的模块化设计，使其本身的体积较小，有效节省了占地面积，且便于安装。
综上，与传统的直流输电系统相比，VSC-HVDC的可控性更高，对线路中潮流的控制更加方便，对扰动的响应速度更快，更适合用于中小功率和远距离输电。
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3.3 VSC-HVDC技术的研究现状
VSC-HVDC技术自问世以来便受到了业界的广泛关注，一些专家学者也加大了对其的研究力度。ABB和SIEMENS等多家公司对VSC-HVDC的技术特点及设备研发进行了深入的研究，并承担了一些实际工程的建设。与国外的发达国家相比，我国在VSC-HVDC应用方面的研究起步较晚，但在国家的大力支持下，近几年来在该领域取得了显著的研究成果。有的专家对VSC-HVDC系统的数学模型、控制策略及试验系统进行了研究；有的专家对VSC-HVDC系统的暂态建模进行了研究；有的专家对VSC-HVDC技术在城市电网中应用的可行性进行了研究。诸如此类研究还有很多，限于篇幅在此不一一介绍。
四、柔性直流输电技术的发展前景分析
4.1支撑坚强智能电网建设发展
随着输电线路送电距离和输送容量的增大，交流输电方式受到输送距离和输送功率的极限限制，逐渐不能满足要求。柔性直流输电技术可以打破常规直流输电技术高压远距离大功率输电的发展瓶颈，突破馈入受端交流电网的直流输电容量限制及受端电网短路电流水平限制，完全破解了所谓的“强直弱交”问题，避免了交直流并列输电系统直流线路故障时，潮流大范围转移而引起的连锁性故障。在常规直流输电优势的基础上能灵活控制输电，稳定输电。
随着高电压等级直流电缆、直流断路器和大电流绝缘栅双极型晶体管器件的开发，以及柔性直流输电设备成本的下降，柔性直流输电技术将逐渐取代常规直流输电技术，在远距离、弱系统、大容量输电领域发挥作用。未来，在柔性直流技术完全成熟之后，可以构建柔性直流大电网，与交流电网互联运行。高压大容量柔性直流输电技术的应用将对我国未来电网的发展方式产生深远影响。
4.2提高新能源消纳并网水平、解决大型城市供电及孤岛供电难题
柔性直流输电技术相对于交流输电及常规直流输电技术，具备有功无功独立控制、可以黑启动、对系统强度要求很低、响应速度快、可控性好、运行方式灵活等特点。从柔性直流输电技术特点和实际工程的运行来看，其适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域。因此，发展直流输电技术，建设新一代直流输电联网工程，促进大规模风力发电场并网，促进城市供电和孤岛供电等新技术的发展，满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用，增强自主创新能力，为新能源并网、大型城市供电以及孤岛供电等方面提供有效的解决方案。
4.3支撑电力能源跨区远距离输送、优化能源供需格局
近年来，我国中东部地区出现长期雾霾天气，严重影响人民的正常生活和身体健康。多项研究表明，我国煤炭为主的能源消费结构正是我国大气污染日益严重的最主要原因，因此必须改变能源供给方式，将以煤为主的能源供给方式转变为以电为主的能源消耗方式，只有这样才能从根源上消除雾霾危害。但由于我国能源和负荷中心逆向分布，水电、煤电资源以及风电和太阳能等主要集中在西南部、西北部和北部地区，而负荷中心主要集中在中东部经济发达地区。为实现资源优化配置，解决煤电运力矛盾，促进新能源开发应用，保障国家能源安全供应，大力推广“电压等级高、输送容量大、送电距离长、运行损耗小”的输电技术，以实现西电东送和南北互供的电力分配格局。
结束语
柔性直流输电在可再生能源发展和智能电网建设中具有重要支撑作用，大容量高电压柔性直流输电技术的开发及应用具有很好的发展前景，为区域能源结构调整、优化能源供需格局、推动社会节能减排发展提供良好的支撑。
参考文献
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[3]汤广福，贺之渊，庞辉.柔性直流输电工程技术研究、应用及发展[J].电力系统自动化，2013，15：3-14.
论文作者:张廷瑞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：柔性论文; 技术论文; 系统论文; 电网论文; 功率论文; 电压论文; 能源论文; 《电力设备》2018年第16期论文;