付繼超 蘆浩 孫寒飛

摘要：文章首先對柔性直流輸電技術(shù)的特點及其研究現(xiàn)狀進行了分析，并在此基礎(chǔ)上對柔性直流輸電技術(shù)的應(yīng)用 前景進行了展望，期望通過文章的研究能夠?qū)Υ龠M柔性直流輸電技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用有所幫助。

關(guān)鍵詞：柔性直流輸電;技術(shù);現(xiàn)狀;應(yīng)用前景

柔性直流輸電是一種新型的直流輸電技術(shù)，CIGRE和IEEE將之定義為VSC-HVDC，其中VSC為電壓源換流器，它在工業(yè)驅(qū)動裝置上的應(yīng)用十分廣泛，HVDC為高壓直流輸電，它是ABB公司在50多年前研發(fā)的一項技術(shù)，主要作用是提高遠距離輸電效率。

1 柔性直流輸電的現(xiàn)狀優(yōu)勢

近些年以晶閘管換流器為核心的高壓直流輸電技術(shù)，吸引了人們的目光。其主要的優(yōu)勢在于高壓輸電走廊的低建設(shè)成本，不同相位交流電網(wǎng)的柔性互聯(lián)，負荷中心遠距離大功率輸電。常規(guī)直流輸電技術(shù)所具有的優(yōu)勢，柔性直流輸電技術(shù)均含有，但同時柔性直流輸電還具有一些獨有的特點。

1.1 孤島特性

常規(guī)高壓直流輸電技術(shù)需要受端電網(wǎng)為強電網(wǎng)，受端電網(wǎng)需要提供電壓支撐方可保證輸電穩(wěn)定。常規(guī)直流建設(shè)初期，因本身交流電網(wǎng)容量較大，高壓直流輸電只是作為小部分補充，問題并不明顯。近些年來，我國新能源建設(shè)蓬勃發(fā)展，大量西部的新能源需要通過直流線路輸送到東部負荷中心，交流端容量不足夠支撐大量直流線路輸入的問題已逐漸明顯。相比于常規(guī)直流輸電，柔性直流輸電技術(shù)采用全控型器件，在受端電網(wǎng)可表現(xiàn)為一個獨立的交流電源，不僅對受端電網(wǎng)沒有電壓支撐要求，在交流網(wǎng)側(cè)內(nèi)部發(fā)生故障時，還可以提供低電壓穿越能力。綜合看來，柔性直流技術(shù)的這一特性可以廣泛應(yīng)用于孤島供電及大規(guī)模新能源消納。 不僅在我國已經(jīng)建成諸如南澳島，舟山等項目，歐美也有大量已經(jīng)建成或者在建的采用柔性直流的孤島供電項目及新能源項目消納工程。

1.2 多端控制特性與配電網(wǎng)

常規(guī)直流輸電因其需要受端電壓支撐，多端控制相對較為復(fù)雜。所以國內(nèi)已經(jīng)建成的直流項目均是采用點對點模式的長距離高壓線路，將能源富集區(qū)的電力輸送至負荷中心。但隨著國內(nèi)經(jīng)濟整體發(fā)展，多經(jīng)濟中心格局必然形成。單純的點對點輸送方式不能夠構(gòu)成多負荷中心及多能源輸送中心互聯(lián)的高壓直流輸電 網(wǎng)絡(luò)。且我國東西部距離較長，不同的地區(qū)的負荷曲線隨著地點、季節(jié)都會發(fā)生較大的變化，而使用多端的靈活柔性直流輸電技術(shù)可以構(gòu)成在高電壓等級上的交直流輸電網(wǎng)絡(luò)來平衡各地不同時間不同季節(jié)能源需求。隨著經(jīng)濟社會增長，點對點的方式只能作為地區(qū)發(fā)展不平衡狀態(tài)下的特殊時代產(chǎn)物，以多端柔性直流為高 壓輸電走廊，低壓交直流配合的混合式電力網(wǎng)絡(luò)代表了未來的發(fā)展方向。

1.3 MMC技術(shù)與諧波無功控制

柔性直流輸電提出時，主要采用兩電平或三電平技術(shù)構(gòu)成換流器，但對于高壓直流輸電的需求一直促使著研究人員對于柔直 換流器提出新的電氣拓撲。串聯(lián)的MMC子模塊，因其可以采用多電平技術(shù)進行高精度的輸出電壓控制，相比于常規(guī)直流輸電的濾波器需求，基于MMC技術(shù)的換流器幾乎不需要濾波支路。這無疑提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，降低了成本。電力系統(tǒng)中的 70% 的電能都被感應(yīng)電機所消耗，同時也帶來了大量的無功需求。對于配電網(wǎng)的大量無功需求，近年來電力電子器件的發(fā)展促進了以 SVC、SVG 為代表的靜態(tài)無功補償裝置的迅速發(fā)展。但是相比于外置的無功補償裝置，基于柔性直流技術(shù)的換流器本身就可以提供無功補償。相比外置的無功補償設(shè)備，其響應(yīng)速度，諧波控制，占地面積，經(jīng)濟造價都具有不可比擬的優(yōu)勢。需要指出的是，關(guān)于柔直換流器容量配置與SVG 容量配置，需要考慮到多方面問題。如當(dāng)?shù)責(zé)o功需求、無功補償設(shè)備與換流器的無功響應(yīng)速度、兩種無功補償方式的經(jīng)濟成本、發(fā)生故障時對于低電壓穿越能力的需求等。

2 應(yīng)用前景分析

2.1 直流斷路器

面向直流輸電的斷路器，因其本身并沒有自然過零點，需要直流斷路器將故障下的直流迅速分開。大電流下的觸點分開，必然會造成拉弧，過壓等問題。直流斷路器的研究一直是業(yè)界研究熱點。一定程度上說，也是直流斷路器這一關(guān)鍵設(shè)備的缺失，造成了直流輸電技術(shù)一直無法大規(guī)模運行。不過近些年，全球各大電氣設(shè)備廠商也在直流斷路器上投入人力物力展開研究。已有不少企業(yè)可以提供大容量直流斷路器成套產(chǎn)品。

2.2 多端多層次配電網(wǎng)的穩(wěn)定控制

相比于以變壓器和發(fā)電機為核心的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，柔性直流輸電網(wǎng)絡(luò)的核心在于換流器控制。以保護和控制一體的直流輸電控制系統(tǒng)為多耦合、強相關(guān)、非線性系統(tǒng)。系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性、可靠性及相關(guān)的控制保護配合在小電網(wǎng)系統(tǒng)并未顯著體現(xiàn)出控制難度。但是隨著直流聯(lián)網(wǎng)與多端系統(tǒng)的發(fā)展，多個換流站之間的配合控制，既提高了系統(tǒng)整體可控的能力，也增大了系統(tǒng)連鎖，整體震蕩的風(fēng)險。相比于交流系統(tǒng)，其故障影響、黑啟動技術(shù)、區(qū)域間連鎖控制，均需要重點分析與設(shè)計。

2.3 替代交直流聯(lián)網(wǎng)

從國內(nèi)目前的總體情況上看，西部具有能源多、負荷少的特點，將近90%的水電集中在西部地區(qū);東部則具有能源少、負荷多的特點。為了使VSC-HVDC滿足實際應(yīng)用需要，其必須向大容量、長距離方向發(fā)展，在這一過程中，應(yīng)當(dāng)突破以下技術(shù)障礙：（1）改變VSC的材質(zhì)，可利用碳化硅替代二氧化硅，并對其封裝材料的絕緣性和耐熱性進行改進，以此來突破容量的限制;（2）加大對大電流直流斷路器的研發(fā)力度。一旦上述技術(shù)障礙得以有效突破，相信在不久的將來，VSC-HVDC勢必會替代傳統(tǒng)的直流輸 電系統(tǒng)承擔(dān)其大容量、遠距離輸電的任務(wù)。

結(jié)束語：

綜上所述，國內(nèi)城鎮(zhèn)化進程會產(chǎn)生更多更為集 中的經(jīng)濟與能源中心，合理配備的柔性直流輸電系統(tǒng)才能更好地服務(wù)于經(jīng)濟建設(shè)，降低輸電系統(tǒng)造價，提高系統(tǒng)可控能力，降低系統(tǒng)故障帶來的影響，縮小故障影響范圍。

參考文獻

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