柔性直流输电技术的现状及应用前景分析

柔性直流输电技术的现状及应用前景分析

卓德力

赛富电力集团股份有限公司

摘要：我国是一个电量需求较大的国家，地域辽阔，但资源分布不均。电力输送正成为日益明显的问题。由于传统的高压交流输电技术系统缺乏稳定性和可靠性，柔性直流输电技术的出现，弥补了上述缺点，且提高了安全性能。

关键词：柔性直流输电技术；现状；运用前景

当前，日益严重的环境和能源短缺问题，城市人口的迅速增长，城市区域的合理规划迫切要求实现孤岛供电的经济和生态友好，可再生能源的互联互通以及传输能力的提高。传统的直流或交流输电技术不能很好地解决上述问题。随着电力电子技术的进步，柔性直流输电是一种新兴的直流输电技术，可以轻松解决当前交流和直流输电技术存在的许多问题，并可以为输电方式的革新提供新的解决方案，进而提高输电线路工程投资和建设的综合效益。

1、柔性直流输电技术发展现状

石油和煤炭等不可再生资源的减少，致使水电、风电等可再生能源的比例日益提升。柔性直流输电技术利用一个完全受控的功率器件来形成电压源转换器，从而构成整个输电系统的核心。随着现代社会的发展，人们对供电系统的整体水平提出了更高的要求，需要电源来维持整体稳定性，以及高质量的服务。另外，我国对电网工程输电的需求在增加，输电距离和输电距离在不断扩大，这标志着现代社会发展所需要的电力需求也在持续攀升。柔性直流输电技术可以显著提高风电场和主电网的安全性和可靠性，并且是国际公认的电网连接技术，尤其是对于具有强大技术优势的风电场，以及相距较远的海上风电场^[1]。

2、柔性直流输电的优势

2.1多端控制特性与配电网

传统的直流传输必须由受端电压支持，并且多端控制相对复杂。随着国内经济的全面发展，必然会形成多个经济中心的格局。简单的点对点传输方法无法形成由多个负载中心和多个能量传输中心互连的高压直流传输网络。多终端柔性直流传输技术可以形成交流和直流传输网络。高电压水平可以平衡不同地区在不同时间和季节的能源需求。随着经济和社会的增长，点对点方法只能在区域发电不平衡的状态下用作特殊时代的产品，多端柔性直流电用作高压传输路径，并且未来将开发使用低压交流和直流电的混合动力网络。

2.2MMC技术与谐波无功控制

MMC系列子模块可以使用多级技术进行高精度输出电压控制。与传统直流输电的滤波器要求相比，基于MMC技术的转换器只需要很少的滤波器分支就可以完成^[2]。关于配电网发展前景中无功功率的大量需求，电力电子技术的最新发展促进了以SVC和SVG为代表的静态无功功率补偿装置的快速发展。但是，与外部无功功率补偿设备相比，基于柔性直流技术的换流器可以自行提供无功功率补偿。与外部无功补偿设备相比，响应速度、谐波控制、占地面积和经济成本均具有无与伦比的优势。应当指出，关于柔性直转换器的容量配置和SVG的容量配置，必须综合考虑各方面的问题。诸如本地无功功率需求，无功功率补偿设备和换流器的无功功率响应速度，两种无功功率补偿方法的经济成本，出现故障时需要低压穿越功能等。

3、柔性直流输电技术的应用

3.1连通分散的小型发电厂

我国一直在积极倡导清洁能源发电的建设，但是由于许多外部因素和客观条件的干扰，能源站与主电网之间的距离较大，安装容量小，无法有效确保电源的电能质量。以南澳风电场多端柔性直流输电系统和风电场为例，如果在传输过程中仅依靠传统传输技术，则传输容量低，无法满足用于大规模输电的需求。如果选择交流互连技术会大大增加成本，并且无法满足电力传输的需求。引入了柔性直流输电技术，连接到主电网，并分散至多个分散的小型发电厂，解决了并网带来的问题。

3.2城市直流输配电网

由于内部空间资源的相对缺乏，一些人口众多，地理面积较大且电力需求较高的城市可以以称得上是“寸土寸金”。在这种大环境下，空中传输线路的安装也将受到一定空间限制^[3]。常规的架空配电网无法满足现代社会中城市的大容量用电需求，需要额外的电缆以提高功率传输能力。基于这种情况，技术人员可以引入柔性直流传输技术，减少电缆安装所占用的空间，扩大电缆的传输容量，产生更多的有功功率，并改善大城市的整体用电传输配备。在城市配电网升级过程中，引入柔性直流输电技术，通过将电缆铺设在地下输电管道中来进一步提高城市输电的稳定性。

3.3海上风电场

我国地域辽阔，除了广阔的土地资源外，还有大量的海洋岛屿，传统的柴油或天然气发电系统仍在一些海岛中使用，供电效果的稳定性差。这种发展方式不仅影响海岛城市的整体发展，而且还可以为不符合我国主张的“节能减排”理念。然而，引入柔性直流传输技术，通过结合岛屿本身的特征，对岛屿的风力涡轮机进行集中控制，实施并网处理，实现长距离传输目标，并将其转变为用于海上风电场的并网应用技术，实现岛上经济、环境的双赢。

4、柔性直流输电技术的发展前景分析

4.1支撑坚强智能电网建设发展

随着输电线路传输距离和传输容量的持续增加，交流输电方式受到传输距离和传输功率的限制，逐渐不能满足当前的发展要求。克服了提供给接收端交流电网的直流输电容量和短路电流的局限性。完全阻止了接收端网格的级别限制，即所谓的“强直弱交”问题，避免因直流线路大规模输电而引起的级联干扰，以及交直流并联输电系统出现故障。基于传统直流输电的优势，可以灵活地控制输电并稳定输电。随着直流联网和多终端系统的发展，多个换能器站之间的协调控制不仅提高了系统的整体可控性，而且还增加了系统互锁和整体震荡的风险。与交流系统相比，故障影响、黑启动技术、区域间联锁控制都需要着重进行针对性的分析设计。

4.2优化能源供需格局

近年来，我国中部和东部地区出现了长期多雾的天气，严重影响了人民的正常生活和健康。因此，有必要改变能量供应模式并将基于煤的能量供应模式切换为电力的模式^[4]。但是，由于我国能源和负荷中心的反向分布，主要集中在经济发达的中部和东部地区。这就需要大力实现资源的优化配置，解决煤炭与电力运输能力的矛盾，促进新能源的开发与应用，确保国家能源的安全供应。

4.3可对弱系统进行供电

当前，由于边远地区受经济因素限制，供电系统薄弱，距大型电网距离遥远等问题，我国在为边远地区供电过程中仍面临很大的困境。偏远地区采用常规交流输电技术，电压降落差会很大，但采用柔性直流电进行电力传输，无需增加整流电压，或者可以选择无源网络作为输电受端系统。因此，柔性直流传输技术的出现和发展为远程供电提供了新的思路和解决方案。但是，由于敷设电缆的困难程度较大，还应解决通过架空线供电的安全问题。

5、结语

综上所述，柔性直流输电技术的普及应用，进一步促进了新能源利用的发展。此外，电压和电流可以更轻松地达到与电能质量相关的标准。显而易见，柔性直流输电技术的应用前景广阔。在接下来的一段时间内，我们需要集中精力加强与柔性直流输电技术有关的方面的研究，并改进和完善现有技术，以便可以更好地为电网的发展服务。

参考文献：

[1]许小宁.柔性直流输电技术的现状与运用前景[J].现代工业经济和信息化,2020,10(01):77-78+90.

[2]韩炜炜.柔性直流输电技术的现状及应用前景分析[J].电子测试,2018(01):109-110.

[3]刘振兴.柔性直流输电技术的发展和应用研究[J].机电信息,2018(15):14-15+18.

[4]李国宾,连琳.浅谈柔性直流输电技术与高压直流输电技术相处的优缺点[J].科技经济导刊,2017(28):63.