柔性直流输电技术（新一代直流输电技术）

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更新时间：2023-05-20
柔性直流输电技术
新一代直流输电技术
基于电压源换流器的高压直流输电（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission，VSC-HVDC）技术由加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi等人于1990年提出，是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点。柔性直流输电作为新一代直流输电技术，其在结构上与高压直流输电类似，仍是由换流站和直流输电线路(通常为直流电缆)构成。
基本信息
中文名
柔性直流输电技术
外文名
VSC-HVDC
领域
工程技术
ABB
HVDC Light
Siemens
HVDC PLUS
学科
电力工程
收起
简介
柔性直流输电系统中两端的换流站都是利用柔性直流输电，由换流器和换流变压设备，换流电抗设备等进行组成。其中最为关键的核心部位就是 VSC ，而它则是由整流桥和直流电容器共同组成的。系统中，综合考虑它的主电路的拓扑结构及开关器件的类型，能够采用正弦脉宽调制技术，将此类技术在调制参考波与三角载波进行数据的对比，在后者数据相对较小的情况下，就会发生触发下桥臂开关导通并关断下桥臂。这主要是由于浮动数值和相位都可以利用脉宽调制技术来进行智能化调解。因此，VSC交流流输出电压基频分量的幅值及相位也可通过脉宽进行调节。
柔性直流原理
柔性直流输电系统换流器稳态运行相量图
与基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流输电中的换流器为电压源换流器(VSC)，其最大的特点在于采用了可关断器件(通常为IGBT)和高频调制技术。
通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。
战略意义
柔性直流输电是构建智能电网的重要装备，与传统方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。
柔性直流输电还将面临如何实现高电压、大功率、架空线使用、混合结构直流输电等方面的挑战。将通过进一步的研究和试点，使该技术在大规模风电场接入系统、实现区域联网提高供电可靠性、缓解负荷密集地区电网运行压力等更多领域得到应用。
应用前景展望
综合考虑柔性直流输电技术所具备的一系列优点以及存在的局限性，该技术电厂并网，海上平台等领域取得了较为广泛的运用，而在未来的发展中该技术应用的方向主要在以下三个方面。
（1）在城市电网增容及直流供电中的应用。我国经济的高速发展以及城市化建设的不断推进，促进了城市电网的进一步发展，与此同时大部分的城市电网负荷也一直呈现出不断增长的趋势，人们对于电能的供应及质量要求不断提高。
（2）替代交直流联网。结合我国的总体趋势西部地区的资源相对较多，同时负荷较少，我国90% 的水电几乎都集中在西部，而东部地区的能源与负荷量特点则恰好相反。导致了我国地区能源和负荷的失调，因此，特高压直流输电工程在不断增多，实现电能的大容量和远距离运输。
关于柔性直流输电技术方面仍然存在着一定的障碍，在进行长距离和大容量的发展过程中，要克服以下几个难点：第一就是用碳化硅来替代二氧化硅，从而改变 VSC 的材料，同时还要增强封装材料的绝缘性和耐热性，达到大容量的电流运输。第二就是要加强电流直流断路器的优化与改良，突破上述所提到的故障。如果能在技术上实现故障的突破，那么柔性直流输电技术在未来可能会完全取代传统输电技术，承担起长距离大容量的输电任务。
（3）在孤立负荷供电方面的应用。由于柔性直流输电技术能够实现对无源网络的直接供电，同时对于输电的功率大小没有相应的限制，因此在远方孤立电荷的供电过程中，该技术能够得到充分的发挥。
例如在南方电网，对于一些较为偏僻的海岛或者是村庄来说，一般都是运用孤立负荷主网，这对于交流供电来说，难度相对较大，因此在当地都是采用柴油机组就地发电。这种方式虽然能解决当地居民的用电问题，但同样也会带来环境污染大、能源消耗大等弊端，这与我国资源节约型与环境友好型社会的构建目标是不相符合的。而通过运用柔性直流输电技术，则能较好地解决以上问题，这也是该技术在未来发展中的一大应用方向。