柔性直流輸電技術在電網中的應用

摘要：柔性直流輸電技術，主要是利用IGBT、IEGT等全控型器件，實現有功功率和無功功率的獨立解耦控制，所以，在中小功率規模下，采用柔性直流輸電比傳統的輸電方式更加靈活。另一方面，大城市繁華商業區增容輸電線路，由于空間的問題，受到了很大的限制，利用柔性直流輸電技術，就可以最大限度的解決這個問題。

關鍵詞：柔性直流輸電;技術;電網;應用

1導言

在現有的運行控制技術下，電力負荷的不斷增加使得現有的變速器無法滿足長距離大容量電能傳輸的需要。由于環保和科學發展的需要，新建輸電線路的建設受到線路走廊短缺的制約。另一方面，雖然我國自然資源豐富，但是分布相對比較集中，對于偏遠的地方或者資源匱乏的地方，電力的傳輸是非常困難的，僅僅依靠傳統的高壓交流輸電技術，是遠遠無法滿足電力需求的，主要還是由于傳統電力系統穩定性與可靠性不佳，是系統的一個漏洞，柔性直流輸電技術正好可以彌補這個漏洞，在一定程度上提高了系統的穩定性與安全性。

2柔性直流輸電概述

柔性直流輸電又被稱為輕型直流輸電（HVDC Light），或新型直流輸電（HVDC Plus），是采用電壓源換流器的高壓直流輸電技術。一般來說，不同的企業對他的稱呼有著一定的差異，為了對其進行簡化、并且統一，同時形成自有知識產權，國家統一將其命名為“柔性直流輸電”。跟傳統的輸電方式相比，柔性直流輸電技術的主要特點就是體現孤島供電、有功功率與無功功率控制等方面。例如孤島供電，按照傳統的供電方式，在島上必須具備類似于發電機組的電源點，但是柔性直流輸電技術則不需要這些，只要有設備啟動電源就可以了。另一方面，與交流輸電相比，柔性直流輸電技術最大的優點就是能夠實現長距離輸電、新能源消納，并且能夠在很大程度上控制成本。

3柔性直流技術的特點

3.1技術原理

柔性直流輸電指的是基于電壓源換流器（VSC）的高壓直流輸電（HVDC），是一種以電壓源型換流器、自關斷器件和脈寬調制（PWM）技術為基礎的新型輸電技術。與基于相控換相技術的電流源換流器型高壓直流輸電不同，柔性直流輸電中的換流器為電壓源換流器（VSC），其最大的特點在于采用了可關斷器件（通常為IGBT）和高頻調制技術。通過調節換流器出口電壓的幅值和與系統電壓之間的功角差，可以獨立地控制輸出的有功功率和無功功率。可實現兩個交流網絡之間有功功率的相互傳送，同時兩端換流站還可以獨立調節各自所吸收或發出的無功功率，從而對所聯的交流系統給予無功支撐。

3.2技術特點

一是可獨立控制有功功率、無功功率。保持電壓恒定，可調節有功潮流;保持有功不變，可調節無功功率。二是潮流反轉方便快捷，柔性直流輸電系統在潮流反轉時，只需改變電流方向，而直流電壓極性不變，功率反向時系統不停運。而常規直流輸電改變功率方向時需要改變電壓極性，而直流電流極性不變，功率反向時，換流站需退出運行，改變控制策略，并且需要對濾波器和無功補償設備的投切情況進行實時判斷。三是事故后可快速恢復供電和黑啟動，可以向無源電網供電，受端系統可以是無源網絡。四是輸出電壓質量高，幾乎無諧波，不需要濾波器。

4柔性直流輸電的電網應用

4.1風電并網工程

全國新能源飛速發展，特別是風電的開發利用重要性日益體現。我國擁有豐富的風力資源，沿海及內陸地區都具有非常好的開發價值，但通常會受制于地理條件及較為分散的風功率對當地電網的影響，往往由于容量和距離的限制，傳統高壓直流滿足不了經濟性要求。柔性直流輸電具有不可比擬的優勢，風電場通過柔性直流輸電并網，可以有效控制風電存在的不穩定性，提高系統的穩定性并改善系統的阻尼特性。柔性直流輸電技術可以從兩個方面提高風電利用率：一是能夠提高風電機組抵御電網故障擾動的能力，減少風電機組停機率;二是能夠提高風電機組對風速的適應能力，在更大風速范圍內保持發電運行。

4.2非同步電網互聯

從目前的工程實踐來看，柔性直流可以非常好地應用于非同步電網的互聯，獨立控制有功無功的輸出，靈活控制潮流，增強系統阻尼，滿足不同電網間的用電需求，提高系統穩定性，實現跨區電力交易。

4.3向薄弱孤立電網供電

我國西北一些偏遠地區，人口稀少，負荷小，遠離大電網;部分海上孤島或海上石油鉆井平臺負荷，輸電距離遠，施工困難，通常靠柴油或天然氣來發電，價格昂貴。采用傳統的交流輸電和高壓直流輸電，技術難度大且經濟性差。采取柔性直流輸電，可以有效解決這些問題，不僅可以提供高效能源，而且可以保護當地環境，環保效益巨大。

4.4城市中心區的應用

隨著城市建設的快速發展，交流輸電走廊越來越稀少，造價越來越昂貴，在很多情況下可以說基本就沒有走廊了，嚴重限制了城市發展。在這種情況下，對于將大量電力輸入大中型城市來說，提出了新的挑戰，原有架空線不能滿足電力增容要求。直流電纜比交流架空線所需空間小，容量較交流電纜大，同時，直流并未帶來新的短路電流問題，可以快速控制潮流流動，提高電網安全穩定性。因此，采用柔性直流輸電向城市中心區直接供電可能成為未來城市發展的最優途徑。

4.5改善電能質量

電鐵、煉鋼等的沖擊負荷、不對稱負荷、非線性負荷能造成電網電壓波動和照明閃變，對電網電能質量產生較大影響，造成較大的經濟損失，柔性直流可分別快速控制有功無功，保持電壓水平，滿足電能質量要求，是改善電網電能質量的有效措施。

5結論

總而言之，柔性直流輸電是以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術，它可以有效提高電能質量、減少輸電線路電壓降，大幅降低線損，同時其自身擁有潮流及電壓可控性等技術優勢，目前在電網中的應用已顯示出巨大的優越性。

參考文獻

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曾建興，1982年，高級工程師 主要研究方向：柔性直流輸電技術 職創項目：030500KK52210096