浅议柔性直流输电技术与发展

浅议柔性直流输电技术与发展

摘要：柔性直流输电技术对于提高交流系统的动态稳定性、增加系统的动态无

功储备、改善交流系统电能质量，解决非线性负荷、冲击性负荷所带来的问题，

具有较强的技术优势，也是智能电网建设中解决大容量、间歇式新能源发电并网

的重要技术手段。本文简要介绍了柔性直流输电原理，总结了柔性直流输电技术

的特点、应用范围、现在的发展状况以及其未来的发展前景。

关键词：柔性直流；输电技术；发展

柔性直流输电技术对于提高交流系统的动态稳定性、增加系统的动态无功储备、改善交流系统电能质量，解决非线性负荷、冲击性负荷所带来的问题，具有

较强的技术优势，也是智能电网建设中解决大容量、间歇式新能源发电并网的重

要技术手段。

目前世界上仅ABB公司拥有商业运行的工程。虽然西门子、AREVA等跨国公

司一直没有间断在该领域的技术研究，但迄今为止在世界范围内运行的工程仍被ABB一家公司所垄断。

一、柔性直流输电技术的原理

柔性直流输电采用电压源型换流器和PWM技术。由调制波与三角载波比较

产生的触发脉冲，使VSC上下桥臂的开关管高频开通和关断，则桥臂中点电压uc

在两个固定电压+Ud和—Ud之间快速切换，uc再经过电抗器滤波后则为网侧的

交流电压us。

进一步分析可知，在假设换流电抗器无损耗且忽略谐波分量时，换流器和交

流电网之间传输的有功功率为P，无功功率为Q。有功功率的传输主要取决于δ，无功功率的传输主要取决于UC。因此通过对δ的控制就可以控制直流电流的方

向及输送有功功率的大小，通过控制UC就可以控制VSC发出或者吸收的无功功率。从系统角度来看，VSC可以看成是一个无转动惯量的电动机或发电机，几乎

可以瞬时实现有功功率和无功功率的独立调节，实现四象限运行。

二、柔性直流输电技术的特点

柔性直流输电技术是当今世界电力电子技术应用领域的制高点，是基于可关

断电力电子器件IGBT（绝缘栅双极晶体管）组成的电压源换流器所构成的新一代

直流输电术。

该技术可以在进行精确有功功率控制的同时对无功功率进行控制，可为交流

系统提供电压支撑，控制更加灵活。柔性直流换流站可工作在无源换流的方式下，不需要外加的换相电压，可用于弱系统或无源系统供电。此外，柔性直流输电技

术基本不需要滤波和无功补偿装置，其换流站占地面积较同等容量的常规直流换

流站要小。

柔性直流输电是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，其采用最先

进的电压源型换流器和全控器件，是常规直流输电技术的换代升级。与传统的直

流输电不同，是一种采用基于电压源换流器、可控关断器件和脉宽调制（PWM

技术）的新一代直流输电技术。

它可以瞬间实现有功和无功的独立解耦控制，能向无源网络供电，具有良好

的电网故障后的快速恢复控制能力，可以作为系统恢复电源。在传输能量的同时，还能灵活地调节与之相连的交流系统电压。具有可控性较好、运行方式灵活、适

用场合多等显著优点。从用途上看，它可以很好地适应于可再生能源并网、分布

式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等领域。

三、柔性直流输电技术可应用范围

①连接分散的小型发电厂。如中小型的水电厂、风电场（含海上风电场）、潮汐电站、太阳能电站等，利用柔性直流输电与主网实现互联是充分利用可再生

能源的最佳方式，有利于保护环境。②不同额定频率或者相同频率的交流系统间的非同步运行。模块化结构以及电缆线路使柔性直流输电对场地和环境的要求大

为降低，换流站的投资大大下降。③构建城市直流输配电网。④向偏远地区供电。偏远地区一般远离电网，负荷轻而且日负荷波动大，经济因素以及线路输送

能力低是限制架设交流输电线路发展的主要因素。采用柔性直流输电进行供电，

可解决这些问题。⑤海上供电。⑥提高配电网电能质量。柔性直流输电系统可

以独立快速地控制有功和无功，且能够使交流系统的电压保持不变、它使系统的

电压和电流较容易地满足电能质量的相关标准。

四、柔性直流输电技术的发展

随着风电等间歇式可再生能源在电网中比重的加大，其随机性、间歇性和不

可控性等特点对电网的安全可靠运行带来巨大挑战。柔性直流输电可以极大地提

升风电场并网的安全性和可靠性，是国际上公认的最具有技术优势的风电场并网

手段，特别是对于远距离的海上风电场来说，使用柔性直流输电并网是目前唯一

可选的有效方案。另外，柔性直流输电技术在孤岛及海上平台供电、大型城市供电、多端直流组网、电力市场交易等领域也都有显著的技术优势。随着电网未来

继续朝着智能化、节约化、环保化发展，柔性直流输电技术必将成为未来电力领

域的一个重要发展方向，具有极其广阔的市场应用前景。”据悉，1997年世界上

第一条柔性直流输电工程投入工业试验运营，目前投入运营的已经有11条。大

部分应用于风力发电、电力交易、电网互联、海上钻井平台等领域。随着世界范

围内对于可再生能源的应用越来越广泛，规模越来越大，目前已有1000兆瓦的

柔性直流风电场并网工程开始设计，而2000兆瓦级柔性直流输电的概念设计也

已经提出。目前，欧洲多个国家都已经规划和建设了大量的海上风电场，其容量

都在数百兆瓦等级，并且其中已经有部分使用了柔性直流输电进行系统接入。

我国开展柔性直流输电技术研究的时间相对较晚，在初期阶段主要集中在大

专院校所开展的部分理论性研究。2006年5月，国家电网组织编制了《柔性直流输电系统关键技术研究框架》，由此启动了我国在柔性直流输电关键技术领域的

全面研究。目前，我国已规划在甘肃酒泉、新疆哈密、河北、吉林、内蒙古东部、内蒙古西部、江苏、山东等地建设8个千万千瓦级风电场。柔性直流输电是国际

公认的最具有技术优势的风电场并网方案，也是海上风电并网的唯一方式，可以

大幅改善大规模风电场并网的性能，保障新能源发电的迅速发展。

随着新能源的快速发展，我国对柔性直流输电技术也呈现出强劲的市场需求。我国未来五年的市场规模将在400亿元左右。

在2020年前，仅风电发电方面我国就计划兴建6个百万千瓦级的超大型风

电场。柔性直流输电是国际公认的最具有技术优势的风电场并网方案，也是海上

风电并网的唯一方式，可以大幅改善大规模风电场并网的性能，对于大容量风电

场的可靠并网、保障新能源发电的迅速发展，都具有重要的意义。

此外，对于大型城市供电、城市配电、岛屿和钻井平台供电等应用领域，柔

性直流输电技术也有很好的应用前景。

结语

综上所述，随着电力电子技术的发展，柔性直流输电技术将会更广泛的应用

于新能源并网、城市电网等方面。柔性直流输电技术具有可控性较好、运行方式