柔性直流輸電技術概述

蔣凱

摘要：柔性直流輸電VSC？HVDC是一種新型輸電技術，與傳統輸電技術相比具有輸電距離遠、損耗小、功率調節方便等優勢。本文將從主要構成部件的工作原理、相對于傳統輸電技術優勢兩大方面簡單的介紹該項輸電技術。

柔性直流輸電技術中的“柔性”來源于Flexible，表示利用先進的電力電子技術為電網提供靈活的控制手段。其是一種在結構上與高壓直流輸電類似，由換流站和直流輸電線路（通常為直流電纜）構成，但是以電壓源換流器、可關斷器件（一般為IGBT）和脈寬調制技術（PWM）為基礎的新型輸電技術。廣泛的應用于海上風電接入電網、分布式電源接入電網、遠距離大容量輸電、異步聯網等方面。

VSC-HVDC系統的主要器件包括電壓源換流器（VSC）、直流電容器、換相電抗器和交流濾波器、換流變壓器等。具體工作原理如下：

（1）換流站通常采用基于絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的三相兩電平VSC。兩側的VSC交流側分別并聯于不同的交流系統中，直流側通過直流輸電線或電纜連接；

（2）直流側電容器為VSC提供直流電壓支撐，緩沖橋臂關斷時的沖擊電流，減小直流側諧波；

（3）換相電抗器是VSC與交流系統進行能量交換的紐帶，同時也起濾波作用；

（4）交流濾波器的作用是濾去交流側諧波；

（5）換流變壓器抽頭可調，為VSC提供合適的工作電壓，保證VSC輸出有功功率和無功功率.

總的來說，VSC？HVDC系統優勢有占地面積小、諧波水平含量低、適合構成多段系統、沒有無功補償問題、沒有換相失敗問題、可為無源系統供電、可獨立調節有功與無功功率等等優勢，目前直流輸電主要還是容量在250MW以上的傳統高壓直流，柔性直流主要在中小容量（可以低至幾兆瓦）電力輸送方面有較大優勢。和常見的輸電技術的比較如下：

（1）與傳統直流輸電相比：常規直流輸電是點對點單向輸電，不能實現雙向互通，缺乏靈活性，同時還必須依賴站用交流電啟動設備，因此不能向沒有電源點的電網送電。采用VSC-HVDC①可實現電能靈活雙向調配，直接向無電源電網供電，分散的電能也能及時聯網送出②可以對有功和無功功率進行獨立控制，不再需要配置容量巨大的無功補償裝置，運行方式更加靈活，系統可控性獲得了極大的提升。

（2）與交流輸電相比：在長距離輸電、新能源消納、成本等方面交流輸電能力有限，損耗較大。采用VSC-HVDC①在長距離電纜輸電中，交流電纜越長，電能損耗越高，輸送的有效電能越少，而VSC-HVDC的可以保持電壓恒定。②VSC-HVDC可攜帶來自多個站點的風能、太陽能等清潔能源，通過大容量、長距離的電力傳輸通道，到達多個城市的負荷中心，這為新能源并網、大城市供電等領域提供了一種有效的解決方案。

我國目前的柔性直流輸電技術發展迅速，成果豐碩。2013年12月25日，由南方電網公司推進的世界上第一個多端柔性直流輸電示范工程——南澳±160千伏多端柔性直流輸電示范工程完成了三端投產啟動，標志著我國建成了世界上第一個多端柔性直流輸電工程。隨后，我國投運多條柔性直流輸電工程，如廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程、張北可再生能源±500千伏柔直示范工程等等。全球能源互聯網研究院自主研發的柔性直流輸電技術更于2017年6月成功中標英國設得蘭（Shetland）柔性直流輸電工程。我國的柔性直流輸電技術正在快速向大容量、多端、雙極、背靠背等多個研究方向開展實踐和探索，迅速搶占全球電力的下一個制高點。

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