浅谈柔性直流输电技术

作者：金伟民

来源：《海峡科技与产业》 2017年第12期

摘要：随着经济的高速发展，能源紧缺和环境污染压力与日俱增，如何利用好风能、太阳能等清洁能源成为燃眉之急，柔性直流输电技术的成熟将有效地解决这一问题，本文着重介绍了柔性直流输电技术的原理和应用。

关键词：柔性直流输电；清洁能源；孤岛供电；直流输电

中图分类号：TM721.1 文献标识码：A

1概述

近年来，柔性直流输电技术逐步进入了国内的电网系统中与传统输电技术相比，在孤岛上灵活的直流输电、城市配网升级、通信系统、大型风电场等方面具有明显的技术优势，改变大电网的发展模式是一个战略选择，柔性直流输电技术在不久的将来必然成为构建智能电网的重要装备。本文将从柔性直流输电技术的发展、原理及技术特点等几方面与大家一起探讨柔性直流输电技术。

2柔性直流输电技术原理

柔性直流输电技术是基于电压源换流器的高压直流输电技术，在二十世纪初由Boon-TeckOoi等人提出，这是用电压源技术为基础的新型输电技术。

柔性直流输电系统中的电压源换流器，可以独立的改变其输出电压的相位和幅值（见图1），从而方便、快速地调节其输出的有功和无功功率，达到对能量进行灵活控制的目的。

由于其核心部分一电压电压源换流器和LCC-HVDC的交换机有明显的差异。VSC-HVDC具有一些显著的技术优势。柔性直流输电系统主要设备一般包括换流阀、换流阀基控制器(VBC)、阀电抗器、接口变压器、换流站控制保护系统、开关以及辅助系统（水冷系统、站用电系统）等，其中换流阀是整个系统中最重要也是最核心的设备。

3柔性直流输电技术的特点

3.1柔性直流输电技术的优势

(1)相对换流站直流可以断开，可以在被动逆变模式下工作，所以，不需要额外的电压，终端机系统可以成为无源网络。可以利用HVDC进行远程隔离负载。

(2)在正常运行的过程中，换流站可以独立的去控制有功功率和无功功率，并且控制的更加的灵活。

(3)由于换流站交流侧电流可以控制，所以不会增加系统短路容量。这意味着增加新的柔性直流输电线路后，交流系统的保护整定基本不需改变。

(4)换流站采用的一般都是PWM技术，开关的频率胡很高，经过低通滤波后可获得必要的交流电压，不需要再使用变压器，从而简化换流站设备结构以及滤波电容显著降低。

(5)站间通信是没有必要的，它的控制结构很容易实现无人值守。

(6)柔性直流输电网络故障后迅速恢复有效管理能力。

3.2柔性直流输电技术的局限性

相比于传统的直流输电方式，柔性直流输电技术主要有以下局限性：

(1)输送容量有限。相比特高压直流输电8000MW以上的有功功率输送，受制于电压源型换流器件结温容量限制及直流电缆的电压限制，目前柔性直输电的最高输送有功功率为1000MW.

（2）输送距离较短。受制于电压及损耗问题，柔性直流输电的距离普遍在几十至100多公里，相较于特高压直流输电的上千公里，输送距离偏短。

(3)建设成本较高。受制于厂家生产能力、技术水平等因素，柔性直流输电工程的建设成本较高，单位容量的造价为普通直流输电工程的4～5倍。

4柔性直流输电技术的应用

4.1柔性直流技术的主要应用领域

柔性直流输电HVDC克服传统的固有缺陷，使直流输电扩展应用范围，为直流传输技术持续发展开辟了新的方向。它的主要应用领域是：

(1)小型分散的发电厂在有限的环境条伴下，清洁能源容量小，电力供应不高，远离主网，包括小型和中型水电站、风力发电场（包括海上风电场）、潮汐发电站、太阳能发电站等，由于其运行成本高，通信线路传输能力低，难以满足经济和技术要求，充分利用可再生能源的最佳途径是利用柔性直流输电和主电网，这对环境有好处。

(2)不同额定频率或相同额定频率的交流系统间的非同步运行。模块化结构和电缆直流输电线路让柔性直流输电对当地的生态环境的需求大幅下降，变流站的投资大大减少，可以根据供电技术选择最优的接入系统。

(3)向偏远地区供电。偏远地区一般离电网比较远，负荷轻，日负荷波动较大，经济因素和线路输送能力低是限制部署交流输电线路发展的主要原因。通过柔性直流输电可以实现电力供应，可以提高电缆线路、传输功率，提高供电可靠性，减少维修负荷。

(4)应用于电力市场模式。通过直接连接柔性直流输电，电力供应商之间构建可行区域技术交流平台，提高灵活性和可靠的电力。

4.2柔性直流输电工程在国内的应用

(1)上海南汇柔性直流输电示范工程

2011年7月投运的上海南汇柔性直流输电示范工程，是我国自主研发和建设的首个柔直输电工程，也是亚洲首个柔直输电工程，直流电压土30kV,额定输送功率20MW。

(2)舟山多端柔性直流输电示范工程

2014年7月国家电网公司分别在舟山定海岱山、衢山、洋山、泗礁岛上建成了一座换流站，直流电压±200kV,实现了多个海上风电厂同时接入和电力输送，是世界上首个五端柔性直流输电工程。

5结语

综上所诉虽然目前受限于生产能力和技术水平，柔性直流输电技术仍然存在不少局限性，但是柔性直流输电技术相较于传统的输电技术对解决孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联及大规模风电场并网等难题有着显著的优势。柔性直流输电技术必然会在更多领域得到广泛应用，甚至在某些领域取代传统的输电技术，成为我国构建智能电网的重要装备。

参考文献：

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