摘要：我国针对柔性直流输电技术进行研究和应用的起步相对于欧美国家来说较晚,截止到2005年,我国针对柔性直流输电的研究仍旧以两电平换流器的柔性直流输电为主,极少涉及工程技术的方面。2011年上海南汇投入并运行了第一条柔性直流输电的示范工程，2013年汕头南澳岛投运了世界首个多端柔性直流输电工程。而随着近几年相关单位的不断研发,我国在柔性直流输电的技术以及应用层面均已处于世界前列。
关键词：柔性直流；输电技术；特点；应用前景；分析
1导言
高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电已经广泛应用在远距离大容量输电、海底电缆输电和非同步联网等工程领域，目前世界范围内已投运了100多个直流输电工程。高压直流输电在我国“西电东送，全国联网”发展战略中，起着举足轻重的作用。在实际工程应用中，电力电子技术快速发展，取得了一系列新的研究成果，柔性直流作为电力领域中的新一代前沿科技，为电网中的诸多问题提供了优异的解决方案，为进行输电方式变革和建设坚强电网提供了有利的保障。1990年，加拿大Mc Gill大学Boon-Teck等学者最早提出了基于电压源型换流器的高压直流输电这一概念。基于电压源型换流器的高压直流输电可以通过控制电压源换流器中全控型电力电子器件——绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)的开断，调节系统电压，从而控制系统交流侧功率水平，因此可以进行功率输送和稳定电网，从而可以避免现有输电技术存在的许多问题，国内称之为柔性直流输电。
2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Mc Gill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。
3柔性直流输电的主要特点及主要优势
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。
3.1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。
3.2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。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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随着经济社会增长，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。
3.3 MMC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。这极大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。
4柔性直流输电的应用前景
柔性直流输电在我国的发展前景较好，应用广泛，主要分析以下几个方面。一是大规模送电和交直流系统联网我国西部地区能源含量充足，负荷较少；而东部地区的特点是能源含量缺乏，负荷较多。能源储备和负荷分布有地区差异，对系统进行大容量、远距离输电提出了要求，因此需要大量布局特高压直流输电工程。二是分布式电源并网分布式电源单台机组容量较小，非常容易受到风、光等气候因素干扰，具有明显的波动性和间歇性。三是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。四是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。
5结论
柔性直流输电技术可以建设出灵活、坚强、高效的电网结构，是充分发挥可再生能源优势的有效途径，代表着直流输电领域的发展和研究方向，已在全世界得到了广泛的发展和应用。柔性直流输电系统主要由电压源换流器、桥臂电抗器、联结变压器、交流开关设备、直流电容、输电线路、直流开关设备、测量系统、控制与保护装置等构成，模块化多电平换流器的特点之一就是模块化，可以根据系统要求方便地进行多电平阶梯波输出。柔性直流输电不存在换相失败问题，可以独立控制系统的有功和无功功率，具有谐波含量小等优势；但同时也有输送容量有限，可靠性较低，损耗较大，输电距离较短等局限性。柔性直流输电主要应用于大规模送电和交直流联网，分布式电源并网，大城市电网增容与直流供电，向弱系统或孤岛供电。
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论文作者:曾建兴
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
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