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柔性直流输电技术概述

蒋凯

摘要：柔性直流输电VSC？HVDC是一种新型输电技术，与传统输电技术相比具有输电距离远、损耗小、功率调节方便等优势。本文将从主要构成部件的工作原理、相对于传统输电技术优势两大方面简单的介绍该项输电技术。
柔性直流输电技术中的“柔性”来源于Flexible，表示利用先进的电力电子技术为电网提供灵活的控制手段。其是一种在结构上与高压直流输电类似，由换流站和直流输电线路（通常为直流电缆）构成，但是以电压源换流器、可关断器件（一般为IGBT）和脉宽调制技术（PWM）为基础的新型输电技术。广泛的应用于海上风电接入电网、分布式电源接入电网、远距离大容量输电、异步联网等方面。
VSC-HVDC系统的主要器件包括电压源换流器（VSC）、直流电容器、换相电抗器和交流滤波器、换流变压器等。具体工作原理如下：
（1）换流站通常采用基于绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的三相两电平VSC。两侧的VSC交流侧分别并联于不同的交流系统中，直流侧通过直流输电线或电缆连接；
（2）直流侧电容器为VSC提供直流电压支撑，缓冲桥臂关断时的冲击电流，减小直流侧谐波；
（3）换相电抗器是VSC与交流系统进行能量交换的纽带，同时也起滤波作用；
（4）交流滤波器的作用是滤去交流侧谐波；
（5）换流变压器抽头可调，为VSC提供合适的工作电压，保证VSC输出有功功率和无功功率.
总的来说，VSC？HVDC系统优势有占地面积小、谐波水平含量低、适合构成多段系统、没有无功补偿问题、没有换相失败问题、可为无源系统供电、可独立调节有功与无功功率等等优势，目前直流输电主要还是容量在250MW以上的传统高压直流，柔性直流主要在中小容量（可以低至几兆瓦）电力输送方面有较大优势。和常见的输电技术的比较如下：
（1）与传统直流输电相比：常规直流输电是点对点单向输电，不能实现双向互通，缺乏灵活性，同时还必须依赖站用交流电启动设备，因此不能向没有电源点的电网送电。采用VSC-HVDC①可实现电能灵活双向调配，直接向无电源电网供电，分散的电能也能及时联网送出②可以对有功和无功功率进行独立控制，不再需要配置容量巨大的无功补偿装置，运行方式更加灵活，系统可控性获得了极大的提升。
（2）与交流输电相比：在长距离输电、新能源消纳、成本等方面交流输电能力有限，损耗较大。采用VSC-HVDC①在长距离电缆输电中，交流电缆越长，电能损耗越高，输送的有效电能越少，而VSC-HVDC的可以保持電压恒定。②VSC-HVDC可携带来自多个站点的风能、太阳能等清洁能源，通过大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心，这为新能源并网、大城市供电等领域提供了一种有效的解决方案。
我国目前的柔性直流输电技术发展迅速，成果丰硕。2013年12月25日，由南方电网公司推进的世界上第一个多端柔性直流输电示范工程——南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程完成了三端投产启动，标志着我国建成了世界上第一个多端柔性直流输电工程。随后，我国投运多条柔性直流输电工程，如厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程、张北可再生能源±500千伏柔直示范工程等等。全球能源互联网研究院自主研发的柔性直流输电技术更于2017年6月成功中标英国设得兰（Shetland）柔性直流输电工程。我国的柔性直流输电技术正在快速向大容量、多端、双极、背靠背等多个研究方向开展实践和探索，迅速抢占全球电力的下一个制高点。
参考文献：
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