柔性直流輸電技術(shù)概述

蔣凱

摘要：柔性直流輸電VSC？HVDC是一種新型輸電技術(shù)，與傳統(tǒng)輸電技術(shù)相比具有輸電距離遠(yuǎn)、損耗小、功率調(diào)節(jié)方便等優(yōu)勢(shì)。本文將從主要構(gòu)成部件的工作原理、相對(duì)于傳統(tǒng)輸電技術(shù)優(yōu)勢(shì)兩大方面簡(jiǎn)單的介紹該項(xiàng)輸電技術(shù)。

柔性直流輸電技術(shù)中的“柔性”來(lái)源于Flexible，表示利用先進(jìn)的電力電子技術(shù)為電網(wǎng)提供靈活的控制手段。其是一種在結(jié)構(gòu)上與高壓直流輸電類(lèi)似，由換流站和直流輸電線路（通常為直流電纜）構(gòu)成，但是以電壓源換流器、可關(guān)斷器件（一般為IGBT）和脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）為基礎(chǔ)的新型輸電技術(shù)。廣泛的應(yīng)用于海上風(fēng)電接入電網(wǎng)、分布式電源接入電網(wǎng)、遠(yuǎn)距離大容量輸電、異步聯(lián)網(wǎng)等方面。

VSC-HVDC系統(tǒng)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(cè)的VSC交流側(cè)分別并聯(lián)于不同的交流系統(tǒng)中，直流側(cè)通過(guò)直流輸電線或電纜連接；

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

（3）換相電抗器是VSC與交流系統(tǒng)進(jìn)行能量交換的紐帶，同時(shí)也起濾波作用；

（4）交流濾波器的作用是濾去交流側(cè)諧波；

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

總的來(lái)說(shuō)，VSC？HVDC系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)有占地面積小、諧波水平含量低、適合構(gòu)成多段系統(tǒng)、沒(méi)有無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題、沒(méi)有換相失敗問(wèn)題、可為無(wú)源系統(tǒng)供電、可獨(dú)立調(diào)節(jié)有功與無(wú)功功率等等優(yōu)勢(shì)，目前直流輸電主要還是容量在250MW以上的傳統(tǒng)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(yōu)勢(shì)。和常見(jiàn)的輸電技術(shù)的比較如下：

（1）與傳統(tǒng)直流輸電相比：常規(guī)直流輸電是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單向輸電，不能實(shí)現(xiàn)雙向互通，缺乏靈活性，同時(shí)還必須依賴(lài)站用交流電啟動(dòng)設(shè)備，因此不能向沒(méi)有電源點(diǎn)的電網(wǎng)送電。采用VSC-HVDC①可實(shí)現(xiàn)電能靈活雙向調(diào)配，直接向無(wú)電源電網(wǎng)供電，分散的電能也能及時(shí)聯(lián)網(wǎng)送出②可以對(duì)有功和無(wú)功功率進(jìn)行獨(dú)立控制，不再需要配置容量巨大的無(wú)功補(bǔ)償裝置，運(yùn)行方式更加靈活，系統(tǒng)可控性獲得了極大的提升。

（2）與交流輸電相比：在長(zhǎng)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(zhǎng)距離電纜輸電中，交流電纜越長(zhǎng)，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(lái)自多個(gè)站點(diǎn)的風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源，通過(guò)大容量、長(zhǎng)距離的電力傳輸通道，到達(dá)多個(gè)城市的負(fù)荷中心，這為新能源并網(wǎng)、大城市供電等領(lǐng)域提供了一種有效的解決方案。

我國(guó)目前的柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展迅速，成果豐碩。2013年12月25日，由南方電網(wǎng)公司推進(jìn)的世界上第一個(gè)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(chǎn)啟動(dòng)，標(biāo)志著我國(guó)建成了世界上第一個(gè)多端柔性直流輸電工程。隨后，我國(guó)投運(yùn)多條柔性直流輸電工程，如廈門(mén)±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(lián)網(wǎng)研究院自主研發(fā)的柔性直流輸電技術(shù)更于2017年6月成功中標(biāo)英國(guó)設(shè)得蘭（Shetland）柔性直流輸電工程。我國(guó)的柔性直流輸電技術(shù)正在快速向大容量、多端、雙極、背靠背等多個(gè)研究方向開(kāi)展實(shí)踐和探索，迅速搶占全球電力的下一個(gè)制高點(diǎn)。

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