柔性直流輸電技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要：柔性直流輸電技術(shù)，主要是利用IGBT、IEGT等全控型器件，實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的獨(dú)立解耦控制，所以，在中小功率規(guī)模下，采用柔性直流輸電比傳統(tǒng)的輸電方式更加靈活。另一方面，大城市繁華商業(yè)區(qū)增容輸電線路，由于空間的問(wèn)題，受到了很大的限制，利用柔性直流輸電技術(shù)，就可以最大限度的解決這個(gè)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：柔性直流輸電;技術(shù);電網(wǎng);應(yīng)用

1導(dǎo)言

在現(xiàn)有的運(yùn)行控制技術(shù)下，電力負(fù)荷的不斷增加使得現(xiàn)有的變速器無(wú)法滿足長(zhǎng)距離大容量電能傳輸?shù)男枰Ｓ捎诃h(huán)保和科學(xué)發(fā)展的需要，新建輸電線路的建設(shè)受到線路走廊短缺的制約。另一方面，雖然我國(guó)自然資源豐富，但是分布相對(duì)比較集中，對(duì)于偏遠(yuǎn)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(tǒng)的高壓交流輸電技術(shù)，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足電力需求的，主要還是由于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性不佳，是系統(tǒng)的一個(gè)漏洞，柔性直流輸電技術(shù)正好可以彌補(bǔ)這個(gè)漏洞，在一定程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)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(shù)。一般來(lái)說(shuō)，不同的企業(yè)對(duì)他的稱呼有著一定的差異，為了對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化、并且統(tǒng)一，同時(shí)形成自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)，國(guó)家統(tǒng)一將其命名為“柔性直流輸電”。跟傳統(tǒng)的輸電方式相比，柔性直流輸電技術(shù)的主要特點(diǎn)就是體現(xiàn)孤島供電、有功功率與無(wú)功功率控制等方面。例如孤島供電，按照傳統(tǒng)的供電方式，在島上必須具備類似于發(fā)電機(jī)組的電源點(diǎn)，但是柔性直流輸電技術(shù)則不需要這些，只要有設(shè)備啟動(dòng)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(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)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(shù)的特點(diǎn)

3.1技術(shù)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(guān)斷器件和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)為基礎(chǔ)的新型輸電技術(shù)。與基于相控?fù)Q相技術(shù)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(diǎn)在于采用了可關(guān)斷器件（通常為IGBT）和高頻調(diào)制技術(shù)。通過(guò)調(diào)節(jié)換流器出口電壓的幅值和與系統(tǒng)電壓之間的功角差，可以獨(dú)立地控制輸出的有功功率和無(wú)功功率。可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)之間有功功率的相互傳送，同時(shí)兩端換流站還可以獨(dú)立調(diào)節(jié)各自所吸收或發(fā)出的無(wú)功功率，從而對(duì)所聯(lián)的交流系統(tǒng)給予無(wú)功支撐。

3.2技術(shù)特點(diǎn)

一是可獨(dú)立控制有功功率、無(wú)功功率。保持電壓恒定，可調(diào)節(jié)有功潮流;保持有功不變，可調(diào)節(jié)無(wú)功功率。二是潮流反轉(zhuǎn)方便快捷，柔性直流輸電系統(tǒng)在潮流反轉(zhuǎn)時(shí)，只需改變電流方向，而直流電壓極性不變，功率反向時(shí)系統(tǒng)不停運(yùn)。而常規(guī)直流輸電改變功率方向時(shí)需要改變電壓極性，而直流電流極性不變，功率反向時(shí)，換流站需退出運(yùn)行，改變控制策略，并且需要對(duì)濾波器和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投切情況進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷。三是事故后可快速恢復(fù)供電和黑啟動(dòng)，可以向無(wú)源電網(wǎng)供電，受端系統(tǒng)可以是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。四是輸出電壓質(zhì)量高，幾乎無(wú)諧波，不需要濾波器。

4柔性直流輸電的電網(wǎng)應(yīng)用

4.1風(fēng)電并網(wǎng)工程

全國(guó)新能源飛速發(fā)展，特別是風(fēng)電的開(kāi)發(fā)利用重要性日益體現(xiàn)。我國(guó)擁有豐富的風(fēng)力資源，沿海及內(nèi)陸地區(qū)都具有非常好的開(kāi)發(fā)價(jià)值，但通常會(huì)受制于地理?xiàng)l件及較為分散的風(fēng)功率對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的影響，往往由于容量和距離的限制，傳統(tǒng)高壓直流滿足不了經(jīng)濟(jì)性要求。柔性直流輸電具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)柔性直流輸電并網(wǎng)，可以有效控制風(fēng)電存在的不穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性并改善系統(tǒng)的阻尼特性。柔性直流輸電技術(shù)可以從兩個(gè)方面提高風(fēng)電利用率：一是能夠提高風(fēng)電機(jī)組抵御電網(wǎng)故障擾動(dòng)的能力，減少風(fēng)電機(jī)組停機(jī)率;二是能夠提高風(fēng)電機(jī)組對(duì)風(fēng)速的適應(yīng)能力，在更大風(fēng)速范圍內(nèi)保持發(fā)電運(yùn)行。

4.2非同步電網(wǎng)互聯(lián)

從目前的工程實(shí)踐來(lái)看，柔性直流可以非常好地應(yīng)用于非同步電網(wǎng)的互聯(lián)，獨(dú)立控制有功無(wú)功的輸出，靈活控制潮流，增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼，滿足不同電網(wǎng)間的用電需求，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)電力交易。

4.3向薄弱孤立電網(wǎng)供電

我國(guó)西北一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，人口稀少，負(fù)荷小，遠(yuǎn)離大電網(wǎng);部分海上孤島或海上石油鉆井平臺(tái)負(fù)荷，輸電距離遠(yuǎn)，施工困難，通?？坎裼突蛱烊粴鈦?lái)發(fā)電，價(jià)格昂貴。采用傳統(tǒng)的交流輸電和高壓直流輸電，技術(shù)難度大且經(jīng)濟(jì)性差。采取柔性直流輸電，可以有效解決這些問(wèn)題，不僅可以提供高效能源，而且可以保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，環(huán)保效益巨大。

4.4城市中心區(qū)的應(yīng)用

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，交流輸電走廊越來(lái)越稀少，造價(jià)越來(lái)越昂貴，在很多情況下可以說(shuō)基本就沒(méi)有走廊了，嚴(yán)重限制了城市發(fā)展。在這種情況下，對(duì)于將大量電力輸入大中型城市來(lái)說(shuō)，提出了新的挑戰(zhàn)，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(shí)，直流并未帶來(lái)新的短路電流問(wèn)題，可以快速控制潮流流動(dòng)，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。因此，采用柔性直流輸電向城市中心區(qū)直接供電可能成為未來(lái)城市發(fā)展的最優(yōu)途徑。

4.5改善電能質(zhì)量

電鐵、煉鋼等的沖擊負(fù)荷、不對(duì)稱負(fù)荷、非線性負(fù)荷能造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)和照明閃變，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，柔性直流可分別快速控制有功無(wú)功，保持電壓水平，滿足電能質(zhì)量要求，是改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的有效措施。

5結(jié)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(shù)，它可以有效提高電能質(zhì)量、減少輸電線路電壓降，大幅降低線損，同時(shí)其自身?yè)碛谐绷骷半妷嚎煽匦缘燃夹g(shù)優(yōu)勢(shì)，目前在電網(wǎng)中的應(yīng)用已顯示出巨大的優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡暉，彭竹弈，祁萬(wàn)春，謝珍建，黃俊輝.背靠背柔性直流輸電技術(shù)在中心城區(qū)電網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2021，42（02）：79-84.

[2]蔡暉，王國(guó)騰，劉柏良，茆書(shū)睿，祁萬(wàn)春，黃俊輝，徐政.柔性直流分區(qū)技術(shù)在多直流饋入的受端電網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2021，42（01）：108-113.

[3]蔡暉，彭竹弈，張文嘉，祁萬(wàn)春，謝珍建，黃俊輝，徐政.柔性直流輸電技術(shù)在江蘇電網(wǎng)的應(yīng)用研究[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2019，40（02）：90-94+100.

曾建興，1982年，高級(jí)工程師 主要研究方向：柔性直流輸電技術(shù) 職創(chuàng)項(xiàng)目：030500KK52210096