摘要：柔性直流输电技术是一种新型的直流输电技术，能够对电力系统进行快速调节，确保电力输送的稳定性，同时增加电力系统的动态无功补偿，进一步提升了电能质量，是现代化智能电网建设的重要应用技术。本文围绕柔性直流输电技术，对其基本原理、系统结构等进行了分析，并探讨了柔性直流输电技术的应用。
关键词：柔性直流输电技术；原理；特点；应用
引言
近年来，全球能源消耗情况日渐严峻，我国也提出了建设资源节约型、环境友好型社会的要求，在这种背景下，构建智能、清洁、高效、可靠的输电网络成为电力行业的重要发展目标。随着智能电网、分布式电源、可再生能源等技术的应用和发展，电网的运行压力不断增加，传统交直流输电技术呈现出很多不足之处，而柔性直流输电技术具有独立调节无功功率、无源供电能力、易于构建直流电网等特点，能够解决非线性负荷、冲击性负荷以及新能源发电并网发电等问题，在现代电网中得到了广泛应用。在科学技术的推动下，可关断器件、直流电缆等技术进一步提升了柔性直流输电技术的性能，在未来的电网升级改造中将会发挥更大的效用，进一步推动我国电力事业的蓬勃发展。
1柔性直流输电技术概述
1.1基本原理
柔性直流输电技术是电力电子技术发展到一定阶段的产物，是一种基于电压源型换流器（VSC）、可控关断器件和脉宽调制技术（PWM）的新一代直流输电技术，其中电压源型换流器（VSC）为柔性直流输电技术的控制核心。柔性直流输电技术主要是利用脉冲调制技术（PWM）控制电压源型换流器（VSC）实现直流输电，在这个过程中，调制波与三角载波通过比较生成触发脉冲，如图1所示，施加到电压源型换流器中，使其上下臂的开关实现高频通断，开关的通断桥臂中点电压Uc在+Ud和—Ud两个固定电压之间进行反复切换，之后通过电抗器进行滤波处理，从而生成三项交流电压Us，反馈到电网中【1】。柔性直流输电技术能够实现无功功率和有功功率的同步控制，具有灵活的控制方式，从而为电网提供可靠的交流电压。
图1VSC正弦脉宽调制原理及输出波形
1.2系统结构
图2 两端VSC—HVDC的系统结构示意图
应用柔性直流输电技术构成的基本控制系统为两端VSC—HVDC输电系统，如图2所示。VSC—HVDC输电系统两侧换流器VSC1和VSC2主要发挥整流和逆变的作用，在具体的运行过程中，换流器VSC1将流经送端站的交流整流为直流，该直流再经过直流输电线传送到受端换流器VSC2，经过逆变之后将直流转换为三项交流输送到公共电网中。换流器VSC1和VSC2均是由滤波器、换向电抗器、全控换流桥、直流稳压电容等几部分组成。其中，全控换流桥的每个桥臂由多个绝缘栅双极晶体管IGBT或者门极可关断断晶体管GTO等串联形成【2】；换向电抗器是交流系统和换流器VSC的中间环节；滤波器则主要用于消除交流侧的谐波，使得输出的波形更加平稳、清晰；直流稳压电容主要是提供电压支撑，减小桥臂关断生成的冲击电流，确保电压稳定。
2柔性直流输电技术的应用探析
根据柔性直流输电技术的特点以及其构成的两端VSC—HVDC系统，柔性直流输电技术可以在可再生能源接入、孤岛供电、城市供电等方面，具体分析如下：
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【3】。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【4】。
结束语
总而言之，在电力电子技术的推动下，柔性直流输电技术得到完善和发展，能够有效解决交直流输电技术面临的各种问题，对于构建智能电网奠定了良好的基础。相关电力研究人员要加强直流输电技术的研究与应用，促进新能源电网的建设和发展，提升电力系统的供电质量。
参考文献：
[1]朱劲松.柔性直流输电技术研究分析[J].电工电气，2014，（01）：1-6.
[2]马为民，吴方劼，杨一鸣，张涛.柔性直流输电技术的现状及应用前景分析[J].高电压技术，2014，40（08）：2429-2439.
[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，2013，37（15）：3-14.
[4]李岩，罗雨，许树楷，周月宾，袁志昌.柔性直流输电技术：应用、进步与期望[J].南方电网技术，2015，9（01）：7-13.
论文作者:李灿
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/18
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