柔性直流輸電技術發展及應用前景分析

【摘要】柔性直流輸電作為一種具有廣泛應用前景及技術先進的輸電技術，在國家能源結構調整、區域能源互聯發展中具有重要的作用。本文分析了柔性直流輸電技術的特點及發展現狀，總結了柔性直流輸電技術的應用領域，并對未來柔性直流發電技術發展前景進行了展望分析。

【關鍵詞】柔性直流；輸電技術；發展現狀；應用前景

一、柔性直流輸電技術的特點及發展現狀分析

柔性直流輸電技術是以電壓源型換流器為核心的新一代直流輸電技術。其主要特點為采用全控型電力電子器件構成的電壓源型換流器，國際權威電力學術組織CIGRE和IEEE稱之為電壓源型換流器直流輸電。由于柔性直流輸電技術具有關斷可控、濾波容量小、占地面積小、便于模塊化等優點，ABB公司及SIEMENS公司稱之為輕型直流輸電或新型直流輸電。

隨著全控型電力電子器件技術的應用與發展，柔性直流輸電技術打破常規直流輸電技術的諸多瓶頸，具有向遠距離、孤立、無源電網供電，快速獨立控制有功與無功功率，潮流反轉方便快捷，運行方式變換靈活等優點，凸顯其在大功率、遠距離輸電應用中的可控性和靈活性。隨著我國社會經濟的發展和人民生活水平的提高，電網工程送電距離和輸送容量不斷增大，全社會對電能質量和電網安全穩定性的要求也不斷提高，伴隨著電力電子器件技術的不斷發展，柔性直流輸電技術在世界范圍內發揮越來越重要的作用。迄今為止，世界上已經有近百條常規直流輸電工程和30余條柔性直流輸電工程投入運行。

二、柔性直流輸技術的應用領域分析

柔性直流輸電技術克服了常規直流輸電技術的固有缺陷，使得直流輸電的應用范圍得到很大擴展，其主要應用領域如下：

（一）連接分散的小型發電廠。受環境條件限制，清潔能源發電一般裝機容量小、供電質量不高并且遠離主網，如中小型水電廠、風電場（含海上風電場）、潮汐電站、太陽能電站等，由于交流線路輸送能力偏低等原因使采用交流互聯方案在經濟和技術上均難以滿足要求，利用柔性直流輸電與主網實現互聯有利于克服清潔能源并網帶來的一系列問題，提高電能質量和系統穩定性。

（二）異步聯網。實現不同頻率或相同頻率的交流系統間的非同步運行。

（三）構筑城市直流輸配電網。由于大中城市的空中輸電走廊已沒有發展余地，原有架空配電網絡已不能滿足電力增容的要求，合理的方法是采用電纜輸電。而直流電纜不僅比交流電纜占有空間小，而且能輸送更多的有功功率，因此采用柔性直流輸電向城市中心區域供電可能成為未來城市增容的最佳途徑。

（四）海上供電。遠離陸地電網海島或海上石油鉆井平臺等負荷，通常靠價格昂貴的柴油或天然氣來發電，不但發電成本高、供電可靠性難以保證，而且破壞環境，用柔性直流輸電以后，這些問題得以解決，同時還可將多余電能（如用石油鉆井產生的天然氣發電）反送給系統。

（五）提高配電網電能質量。柔性直流輸電系統可以獨立快速控制有功和無功，且能夠保持交流系統的電壓基本不變，使系統的電壓和電流較容易地滿足電能質量的相關標準，是未來改善配網電能質量的有效措施。

三、柔性直流輸電技術的發展前景分析

（一）支撐堅強智能電網建設發展。隨著輸電線路送電距離和輸送容量的增大，交流輸電方式受到輸送距離和輸送功率的極限限制，逐漸不能滿足要求。柔性直流輸電技術可以打破常規直流輸電技術高壓遠距離大功率輸電的發展瓶頸，突破饋入受端交流電網的直流輸電容量限制及受端電網短路電流水平限制，完全破解了所謂的“強直弱交”問題，避免了交直流并列輸電系統直流線路故障時，潮流大范圍轉移而引起的連鎖性故障。在常規直流輸電優勢的基礎上能靈活控制輸電，穩定輸電。

隨著高電壓等級直流電纜、直流斷路器和大電流絕緣柵雙極型晶體管器件的開發，以及柔性直流輸電設備成本的下降，柔性直流輸電技術將逐漸取代常規直流輸電技術，在遠距離、弱系統、大容量輸電領域發揮作用。未來，在柔性直流技術完全成熟之后，可以構建柔性直流大電網，與交流電網互聯運行。高壓大容量柔性直流輸電技術的應用將對我國未來電網的發展方式產生深遠影響。

（二）提高新能源消納并網水平、解決大型城市供電及孤島供電難題。柔性直流輸電技術相對于交流輸電及常規直流輸電技術，具備有功無功獨立控制、可以黑啟動、對系統強度要求很低、響應速度快、可控性好、運行方式靈活等特點。從柔性直流輸電技術特點和實際工程的運行來看，其適用于可再生能源并網、分布式發電并網、孤島供電、城市電網供電、異步交流電網互聯等領域。因此，發展直流輸電技術，建設新一代直流輸電聯網工程，促進大規模風力發電場并網，促進城市供電和孤島供電等新技術的發展，滿足持續快速增長的能源需求和能源的清潔高效利用，增強自主創新能力，為新能源并網、大型城市供電以及孤島供電等方面提供有效的解決方案。

（三）支撐電力能源跨區遠距離輸送、優化能源供需格局。近年來，我國中東部地區出現長期霧霾天氣，嚴重影響人民的正常生活和身體健康。多項研究表明，我國煤炭為主的能源消費結構正是我國大氣污染日益嚴重的最主要原因，因此必須改變能源供給方式，將以煤為主的能源供給方式轉變為以電為主的能源消耗方式，只有這樣才能從根源上消除霧霾危害。但由于我國能源和負荷中心逆向分布，水電、煤電資源以及風電和太陽能等主要集中在西南部、西北部和北部地區，而負荷中心主要集中在中東部經濟發達地區。為實現資源優化配置，解決煤電運力矛盾，促進新能源開發應用，保障國家能源安全供應，大力推廣“電壓等級高、輸送容量大、送電距離長、運行損耗小”的輸電技術，以實現西電東送和南北互供的電力分配格局。

四、總結

柔性直流輸電在可再生能源發展和智能電網建設中具有重要支撐作用，大容量高電壓柔性直流輸電技術的開發及應用具有很好的發展前景，為區域能源結構調整、優化能源供需格局、推動社會節能減排發展提供良好的支撐。

參考文獻

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