摘要：HVDC又叫特高压直流输电技术，该技术使用800-1000kV的直流输电模式，实现电能的超远距离和超大容量的传输。多端直流输电技术，其出发点在于通过直流线路实现两个配电点的互联，而其最终目的，在于实现网状拓扑的直流电网。目前，我国正在建立的三纵三横一环网的大电网干线，就是一个运行在HVDC上的电网模式。
关键词：直流电网；网络输电模式；输电分配技术
引言
直流电网在提升电网可控性与灵活性、限制同步电网规模、降低电网复杂性等方面优势显著，是解决跨区域、大范围电力输送及交易增加，供电安全性、可靠性需求提升及分布式新能源开发和并网规模扩大等问题的有效手段。直流电网顺应能源战略和技术发展趋势，是构建“可靠、高效、充足、灵活、洁净”电网的重要途径，对电力系统诸多环节将产生深远影响，前景广阔。
1.直流与交流输电技术
交流输电存在着一系列的问题，比如，因为抗性负荷和感性负荷的存在，交流输电过程中存在一系列的无功损耗和无功升压问题，这些问题构成了交流输电故障的相当一部分。同时，交流输电需要波形同步，担心谐波干扰，输送距离受到线路充电容量的影响，有着很苛刻的限制。同时，因为不少线圈式的设备都对交流电有储能效应，这也给电网的扩容和控制带来了诸多不便。但是，即便交流输电法拥有很明显的不足，但世界上绝大多数国家目前的主流用发电和用电设备依然是采用三相交流电的形式，这其中主要有三点原因：
1.1直流电控制困难
直流电的特性导致了直流电在电压变换和开关控制方面，都较交流电有着很大的困难。首先，我们目前的变压器采用的都是电磁互感技术，而直流电没有这种互感效应，所以，一般的处理方法是通过AD换流器将直流电变换为交流电后再予以电压调整进一步通过AD换流器换回直流电。而换流器是一个价格昂贵的模电设备，其稳定性和可靠性也有待于提高。而直流电在开关灭弧时的压力也远超过交流电，我们需要更加复杂的设备用于直流电的开关控制。
1.2直流电用电器开发较少
因为长期以来能够解决直流电输电问题的技术都不完善，所以，世界各国建立的输电网络均是以SOHz三相交流电或60Hz三相交流电为主。这就造成了末端的用电器开发，也以交流电为主。特别是在工业控制领域，我们已经形成了一整套用于三相交流电控制工业设备的控制理论和控制体系，这种体系并没有针对直流电源。所以说，目前我们开发直流输电，均是以特高压和高压输电线路为主，接近用户环路一侧使用的，仍然是交流供电。
1.3全面布置直流系统尚需时日
目前来说，除了800-1000kV的特高压直流输电线路外，我国正在建设的220kV以上直流输电线路数十条，直流输电线路因为电能质量纯净、输电成本低.已经逐渐成为了高压输电的首选线路，不少维护量较大或容量需要扩增的交流输电线路的改造工作，也采用了直接建造旁路直流输电的方式来解决。而多端直流输电的模式，也适应国家电网建设的需求。
图1直流母线的典型规划
2.输电分配方式及实现
2.1问题描述
在明确直流电网结构、边界条件（源–荷需求）等前提下，寻求方式和途径，实现直流电网输电需求在各直流线路间分配优化，即：在不超过直流线路承载能力等约束条件下，将输电需求合理分配到传输路径上，实现直流电网及线路输电量最大、耗费最小等目标。简言之，其数学本质是在满足一定约束条件下，求解网络流量目标最优值。耗费指直流电网输电的耗费，如：换流站和线路建设、运行费用或电力交易费用等；输电量可指不同情况下通过直流电网交换的电能，如：实时功率、交易电量等。耗费和输电量的物理意义和参数描述可以根据具体问题的优化目标进一步确定，本文暂不深入讨论。
2.2适用场合
网络输电分配优化涉及直流电网输电需求及分布、线路输电量及耗费、传输路径选择原则等多方面，是直流电网网架构建和运行优化研究重要内容，适用范围既包括纯直流电网，也包括作为嵌入交直流大电网的直流电网子系统；优化结果应用领域包括：优化直流电网网架规划，直流线路调度和运行方案参考，也可作为嵌入交流电网的直流电网子系统某次迭代步骤的中间计算数据，而参与下次迭代环节等。
2.3分布机理
直流电网的线路输电分配方式优化是两种机制相互作用，一方面，每一用户均希望选择起–迄端间总耗费最低路径；另一方面，线路输电耗费与线路负荷水平相关。因此，所有起–迄对间均选择耗费最低路径时，并不能保证直流电网全网的最优输电分布。路径和输电选择方案优化是在整个直流电网范围内不断权衡各线路输电分配的过程，直至直流电网线路的输电分布达到整体平衡。
3.直流电网的关键技术
直流电网的全面实施，特别是从多端直流线路向直流电网的升级，关键点在于技术的升级。通过全面升级直流电网相关技术，可以大幅度降低直流电网的部署成本和运行成本，打幅度提高直流电网的电能质量，使得直流电网的运行稳定性和可控性得到保障，进一步实现直流电网的独立运行
图2 多端直流输电与直流电网的区别
3.1直流断路器
多端直流输电向直流电网的过渡，关键技术在于直流断路器的研发。因为直流断路器的技术瓶颈，目前的直流电网的断路器普遍安装在换流站的交流侧，使用的仍然是交流断路器。所以，开发直流断路器，是实现直流电网的关键技术。
3.2直流母线
直流母线的实际控制方法和运行方式，与交流电网的差异性是非常明显的，因为直流电的电学特性与交流电的电学特性有着非常大的区别。目前，在直流断路器的开发过程中，直流母线的控制技术，也在紧锣密鼓的研发过程中。
3.3换流器
虽然AD换流器目前已经大量的应用，但是，其压降特性仍然是困扰直流输电领域的核心难题。开发更加大容量的AD换流器是目前解决直流压降问题的主要方向。而增加换流器的可控性，实现换流器的自动电压平衡，也是AD换流器的主要研发方向。
3.4柔性输电
柔性输电技术目前在交流电网中已经基本普及，通过大量电子设备的介入，使得电能质量得到较大程度的提高。虽然直流输电本身大幅度增加了电能质量的纯净性，但是，直流输电的柔性输电技术，也是必须进行研发升级的关键技术之一。
4.结束语
多端直流输电网络的建设目前已经全面展开，国家制定的三纵三横一环网的HVDC输电网络，已经莫定了直流输电网络作为核心网络的基拙。而高压直流输电网络的建设工作，也已经在同步进行。直流输电网络的瓶颈技术在于直流电的控制领域，随着直流电控制领域的技术发展，以及直流网络BP比的逐渐增加，不久的将来，直流输电网络会取代交流输电网络成为输电系统的核心网络，会成为不争的事实。
参考文献：
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论文作者:于佳鑫,姚慧峰,蔡浩
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/22
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