摘要：柔性直流输电（HVDC Light）系统是一种基于电压源型换流器（VSC）和脉宽调制技术（PWM）的新型直流输电技术。随着风电等新能源发电并网规模的不断扩大，柔性直流输电得到了广泛应用和发展。柔性直流输电控制和运行方式简单，输出波形好，具有广阔的应用范围和良好的发展前景。
关键词：柔性直流输电；技术；相关要点
1、柔性直流技术的概述
柔性直流输电技术概念于20世纪80年代提出，特别是在伴随着包括电力电子技术、自动控制技术以及计算机微处理技术等多方面的发展，经过三十多年的发展进化，柔性直流输电技术在当前形势下，演变发展以来产生的诸多关键性问题逐渐得到一一解决，此技术（柔性直流输电技术）在HVDC以及HVAC系统中得到了越来越多的相关人员及专业的重视。
2、柔性直流输电技术的应用探析
2.1可再生能源的接入
风能和太阳能作为清洁可再生能源，在电力系统中发挥着重要作用，但是风能发电和太阳能发电容易受到自然因素影响，并网电压不稳定，存在很多谐波，这就可以通过柔性直流输电技术减小可再生能源接入电力系统时的电压波动，改善并网后的电能质量。由于直流输电单回路的输电容量比交流输电要高出很多，这就使得海上风电场发电工程运营更加困难，通过柔性直流输电技术可以有效隔离交流系统故障，提升风电场发电的稳定性，因此受到了各个国家的高度重视，例如哥特兰工程、丹麦风电工程、德国北海风电工程以及我国的三个柔性直流工程，都是将柔性直流输电技术应用于分布式或集中式风电并网。
2.2孤岛供电
传统的孤岛供电方式主要是采用柴油或天然气等资源进行发电，不仅成本较高，并且供电质量没有办法保障。而柔性直流输电技术具有无源供电能力，在海岛、海上钻井平台等孤岛负荷供电方面展现出了良好的技术优势，可以提升柴油和天然气的发电效率，为各项活动提供安全、稳定的电能。例如，挪威的Troll平台是世界上最大的海上钻井平台，总负荷容量80兆瓦，采用柔性直输电后，每年可减少大量的二氧化碳排放，从而实现经济环保。此外，柔性直流输电技术不需要装设功率补偿设备，可以实现长距离输电任务。
2.3城市供电
随着经济的发展，城市化进程加快，城市电网呈现出负荷高度密集、无功短缺、电压调节困难等特点，这就需要扩充城市电网的负荷容量，提高电能供应质量。受到城市规划的影响，电网的建设空间是有限的，为了减少对城市环境的影响，需要在原有线路基础上提升容量。采用柔性直流输电技术可以进行地埋式直流电缆施工，较少了环境污染和电磁干扰，同时，利用VSC—HVDC系统可以实现功率的快速调节，减少电压闪络和波动问题，还能够在系统出现故障后提供“黑启动功能”，确保系统稳定，满足城市中心负荷的需求和环保节能的要求。
3、柔性直流输电的关键技术
3.1主电路设计
目前实际应用的换流器拓扑结构具有以下特点：（1）结构简单，通常采用两电平或者三电平结构，相比较于传统的直流输电，VSC-HVDC桥壁器件是直接串联的，从而提高了电压等级。（2）开关频率的调节可通过优化PWM的调制方式实现，适当降低开关频率可延长IGBT、IGCT的使用寿命。（3）换流器损耗小。
此外，在设计主电路的拓扑结构时，装置实际的实现难度、设备的造价、后期的运营维护费用等都需要考虑在其中，力求设计的拓扑结构在能减少电力电子器件数目的同时也能有效降低控制系统的复杂性，确保系统总体的稳定性、可靠性和经济性。
3.2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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆不过近些年，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。
3.3控制策略
柔性直流输电的控制策略总结起来主要分为间接电流控制和直接电流控制两个方面。前者系统结构简单，但存在一些如交流侧电流动态响应慢、难以实现过电流控制等缺点。后者也称为“矢量控制”，包括内环电流控制和外环电压控制两个部分，其电流响应对后者快速，受到了学术界的普遍关注。直接电流控制的控制器，由内环电流控制器、外环电压控制器、触发脉冲生成和锁同步环节组成。内环控制器常常应用于实现换流器交流侧电流相位和波形的直接控制，目的在于快速跟踪参考电流；外环控制根据其系统级控制目标的不同，可以实现定有功功率控制、定直流电压控制、定无功功率控制等目标。根据PWM原理，触发脉冲产生链路通过使用来自内环的基准电压和同步相位输出信号来生成每个桥臂的触发脉冲。锁相环的输出用于提供电压矢量定向控制和触发脉冲产生所需的参考相位。在由无源网络供电的灵活直流系统中，传输终端通常由恒定的直流电压控制。由于端到端系统缺乏稳定的功率，通常采用恒定的交流电压控制。
4、柔性直流输电技术的应用前景展望
4.1在城市电网塔容及直流供电中的应用
近几年来，我国经济的高速发展以及城市化建设的不断推进，促进了城市电网的进一步发展，与此同时大部分的城市电网负荷也一直呈现出不断增长的趋势，人们对于电能的供应及质量要求不断提高。
4.2替代交直流联网
结合我国目前的总体趋势西部地区的资源相对较多，同时负荷较少，我国90%的水电几乎都集中在西部，而东部地区的能源与负荷量特点则恰好相反。导致了我国地区能源和负荷的失调，因此，特高压直流输电工程在不断增多，实现电能的大容量和远距离运输。
目前关于柔性直流输电技术方面仍然存在着一定的障碍，在进行长距离和大容量的发展过程中，要克服以下几个难点：第一就是用碳化归来替代二氧化硅，从而改变VSC的材料，同时还要增强封装材料的绝缘性和耐热性，达到大容量的电流运输。第二就是要加强电流直流断路器的优化与改良，突破上述所提到的故障。如果能在技术上实现故障的突破，那么柔性直流输电技术在未来可能会完全取代传统输电技术，承担起长距离大容量的输电任务。
4.3电网增容改造与进行直流供电
柔性直流输电系统运行过程中的谐波含量较少，可以快速地控制系统功率，从而有效提高电能质量；柔性直流输电换流站比传统直流输电占地面积小，可以进一步节约土地资源，减少不必要的浪费；同时系统能够根据系统需求控制交流侧的电流，使得控制系统短路容量成为可能。
4.4向弱系统或孤岛供电
柔性直流输电系统在换相过程中，不需系统外提供换相电压，同时系统可以在无源逆变状态下运行，无源网络也可以作为受端系统，可以很好的为偏远地区进行供电，但是柔性直流输电采用架空线路时所存在的供电可靠性问题仍需解决。
结束语：
随着电力电子技术的快速发展，尤其是IGBT技术越来越成熟，以及国内外已经投运或即将投运的各项柔性直流输电工程的成功经验表明，该柔性直流输电正在不断进步和成熟。随着特高压电网、全球能源互联网的发展，电能质量和电网运行的灵活性和可靠性的要求越来越高，柔性直流输电技术必将得到越来越广泛的应用。
参考文献：
[1]王伟，安森.柔性高压直流输电综述[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2017.
[2]孔令云，杜颖.电压源换流器型直流输电在风电场并网中的应用[J].科技信息，2017.
[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.
[4]许树楷，梁允源，郭自勇.中海油文昌柔性直流输电系统现场试验［J］．南方电网技术，2011．
论文作者:黄维
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/25
标签：柔性论文; 技术论文; 电流论文; 电压论文; 系统论文; 电网论文; 断路器论文; 《基层建设》2019年第29期论文;