柔性直流输电与高压直流输电的优缺点

柔性直流输电

一、常规直流输电技术

1. 常规直流输电系统换流站的主要设备。常规直流输电系统换流站的主要设备一般包括：三相桥式电路、整流变压器、交流滤波器、直流平波电抗器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用电系统)等。

2. 常规直流输电技术的优点。

1）直流输送容量大，输送的电压高，最高已达到800kV，输送的电流大，最大电流已达到4 500A；所用单个晶闸管的耐受电压高，电流大。

2）光触发晶闸管直流输电，抗干扰性好。大电网之间通过直流输电互联（背靠背方式），换流阀损耗较小，输电运行的稳定性和可靠性高。

3）常规直流输电技术可将环流器进行闭锁，以消除直流侧电流故障。

3. 常规直流电路技术的缺点。常规直流输电由于采用大功率晶闸管，主要有如下缺点。

1）只能工作在有源逆变状态，不能接入无源系统。

2）对交流系统的强度较为敏感，一旦交流系统发生干扰，容易换相失败。

3）无功消耗大。输出电压、输出电流谐波含量高，需要安装滤波装置来消除谐波。

二、柔性直流输电技术

1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。

2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。此外，柔性输电还具有一些自身的优点。

1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。

2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。

3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于

扩展和实现多端直流输电等优点。

4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。

3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大（开关损耗较大），不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。

三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比

1. 换流器阀所用器件的对比。

1）常规直流输电采用大功率晶闸管，由于晶闸管是非可控关断器件，这使得在常规直流输电系统中只能控制晶闸管换流阀的开通而不能控制其关断，其关断必须借助于交流母线电压的过零，使阀电流减小至阀的维持电流以下才行。

2）柔性直流输电一般采用IGBT阀，由于IGBT是一种可自关断的全控器件，即可以根据门极的控制脉冲将器件开通或关断，不需要换相电流的参与。

2. 换流阀的对比。

1）常规直流输电系统中换流阀所用的器件是大功率晶闸管和饱和电抗器，可以输送大功率。

2）柔性直流输电系统中的换流阀采用了IGBT器件，可实现很高的开关速度，在触发控制上采用PWM技术，开关频率相对较高，换流站的输出电压谐波量较小，主要包含高次谐波。故相对于常规直流输电，柔性直流输电换流站安装的滤波装置的容量大大减小。

3）常规直流输电通过换流变压器连接交流电网，而柔性直流输电是串联电抗器加变压器，常规直流输电以平波电抗器和直流滤波器来平稳电流，而柔性直流输电则采用直流电容器。

3. 换流站控制方式的对比。

1）常规直流输电系统的换流站之间必须进行通信，以传递系统参数并进行适当的控制，而柔性直流输电系统中各换流站之间的通信不是必需的。

2）功率反向输送能力的对比。柔性直流输电系统在潮流反转时，只需改变电流方向，而直流电压极性不变，功率反向时系统不停运，这使得柔性直流输电

系统改变功率方向时，两端换流站的控制策略不变，更不需要投切交流滤波器或闭锁换流器。而常规直流输电改变功率方向时需要改变电压极性，而直流电流极性不变，功率反向时，换流站需退出运行，改变控制策略，并且需要对滤波器和无功补偿设备的投切情况进行实时判断。

3）对交流网络的依耐性方面的对比。柔性直流输电不需要依靠交流系统的能力来维持电压和频率稳定，无需无功补偿，换流器自身可提供无功功率。而常规直流输电要求受端交流系统具有足够的短路容量，需要外加的换相容量，不能向无源或弱网络送电。

4）有功和无功功率控制方面的对比。柔性直流输电的有功、无功可以独立控制。常规直流输电的有功、无功不能独立控制，调节无功需要特殊装置和额外费用，需交流系统或增加无功补偿设备提供换流站消耗的无功功率。

5）电压控制方面的对比。柔性直流输电本身可以起到STATCOM的作用，稳定交流母线电压，而常规直流输电需要借助无功补偿设备稳定交流母线电压。

6）黑启动能力方面的对比。柔性直流输电有黑启动能力。即当一端交流系统发生电压崩溃或停电时，瞬间启动自身的参考电压，向切除电源的交流系统供电，相当于备用发电机，随时向瘫痪的电网供电。而常规直流输电无黑启动能力。

经过常规直流输电与柔性直流输电的比对发现，随着直流输电技术的飞速发展，以及节能和绿色能源的要求，尤其在可再生能源发电并网和孤岛供电方面，未来以IGBT为代表的柔性直流输电必将成为市场的主流，柔性直流输电尤其是基于电压源型换流器的直流输电将会快速发展，与常规直流输电并存，甚至超过后者。

四.运行方式

实现柔性直流输电系统的３种运行方式：

１）运行方式１

只有直流线路的运行方式。送端换流站有功类控制器选择频率控制，无功类控制器选择交流电压控制；受端换流站有功类控制器选择直流电压控制，无功类控制器选择交流电压控制或无功功率控制，并且交流电压控制和无功功率控制可以手动切换。

２）运行方式２