下载文档原格式
柔性直流输电技术的应用探究柔性直流输电技术（Flexible DC Transmission, FDCT）是一种新型的输电技术，它采用直流电压进行能量传输，可以有效地解决传统交流输电技术的诸多问题，具有输电损耗小、占地面积小、环境污染小等优点。
随着科技的不断进步，柔性直流输电技术已经开始在实际工程中得到广泛应用。
本文将就柔性直流输电技术的应用进行探究，分析其在电力系统中的优势和发展前景。
一、柔性直流输电技术的原理与特点1. 原理柔性直流输电技术是一种通过控制直流电压和电流来实现能量输送和分配的技术。
其核心是采用高性能的功率电子设备对直流电压进行控制，以实现灵活的功率调节、电压调节和频率调节。
通过控制系统可以实现功率的快速响应和精确调节，使得柔性直流输电系统能够适应复杂多变的电网工况。
2. 特点（1）输电损耗小：相比于传统的交流输电技术，柔性直流输电技术在能量传输过程中损耗更小，能够有效节约能源。
（2）占地面积小：柔性直流输电技术所需的设备相对较小，可以在有限的空间内实现高效的能量传输。
（3）环境污染小：柔性直流输电技术的设备采用先进的电力电子元件，不会产生有害的电磁辐射和废气排放，对环境友好。
二、柔性直流输电技术在电力系统中的应用1. 长距离电力输送柔性直流输电技术在长距离的电力输送中具有明显的优势。
传统的交流输电技术在长距离输电过程中会出现较大的输电损耗，而柔性直流输电技术可以通过控制系统实现功率的精确调节，大大减小了输电损耗，提高了输电效率。
2. 大容量电力输送由于柔性直流输电技术具有较高的电压和电流调节能力，能够实现大容量的电力输送。
在大规模工业园区、城市用电中心等场景下，柔性直流输电技术可以有效地满足电力需求，支持电网的高容量输电。
3. 电力系统稳定性改善柔性直流输电技术在电力系统中的应用可以提高系统的稳定性。
通过柔性直流输电技术可以实现快速的电压调节和频率调节，对电网负载波动具有较强的适应能力，有助于降低电网的故障率和提高电网的可靠性。
柔性直流输电工程技术研究、应用及发展一、本文概述随着能源结构的优化和电网技术的发展，柔性直流输电（VSC-HVDC）技术以其独特的优势，在电力系统中的应用越来越广泛。
本文旨在全面概述柔性直流输电工程的技术研究、应用现状以及未来的发展趋势。
我们将从柔性直流输电的基本原理出发，深入探讨其关键技术和设备，包括换流器、控制系统、保护策略等。
我们还将分析柔性直流输电在新能源接入、电网互联、城市电网建设等领域的应用案例，评估其在实际运行中的性能表现。
我们将展望柔性直流输电技术的发展前景，探讨其在构建清洁、高效、智能的电力系统中发挥的重要作用。
通过本文的阐述，我们希望能够为从事柔性直流输电技术研究和应用的同行提供有益的参考和启示。
二、柔性直流输电技术原理柔性直流输电技术，又称为电压源换流器直流输电（VSC-HVDC），是近年来直流输电领域的一项重大技术革新。
与传统的基于电网换相换流器（LCC）的直流输电技术不同，柔性直流输电技术采用基于可关断器件的电压源换流器（VSC），这使得它在新能源接入、城市电网增容和孤岛供电等方面具有独特的优势。
柔性直流输电技术的核心在于电压源换流器（VSC）。
VSC采用可关断的电力电子器件（如绝缘栅双极晶体管IGBT），通过脉宽调制（PWM）技术实现对交流侧电压和电流的有效控制。
VSC既可以作为有功功率的源，也可以作为无功功率的源，因此它具有更好的控制灵活性和响应速度。
在柔性直流输电系统中，VSC通常与直流电容器和滤波器并联，以维持直流电压的稳定和滤除谐波。
VSC通过改变其输出电压的幅值和相位，可以独立地控制有功功率和无功功率的传输，从而实现对交流电网的灵活支撑。
柔性直流输电技术还采用了先进的控制系统，包括换流器控制、直流电压控制、功率控制等，以确保系统的稳定运行和电能质量。
这些控制系统可以根据系统的运行状态和实际需求，对VSC的输出进行实时调整，从而实现对交流电网的精准控制。
柔性直流输电技术以其独特的电压源换流器和先进的控制系统，实现了对交流电网的灵活支撑和精准控制。
柔性输电概念及相关术语柔性沟通输电系统是Flexible AC Transmission Systems）中文翻译，英文简称FACTS，指应用于沟通输电系统的电力电子装置，其中“柔性”是指对电压电流的可控性；如装置与系统并联可以对系统电压和无功功率进行掌握，装置与系统串联可以对电流和潮流进行掌握。
柔性输电又叫敏捷输电，有柔性直流输电和柔性沟通输电两种，本文参考DL/ T 1193 -2023，总结了与柔性输电相关的术语，供大家参考学习。
一、与柔性输电相关的基本术语1.柔性输电柔性沟通输电和柔性直流输电统称为柔性输电。
2.柔性沟通输电敏捷沟通输电基于电力电子设备或其他静止掌握设备来增加系统的可控性和功率传输力量的沟通输电方式。
3.柔性沟通输电系统敏捷沟通输电系统FACTS 基于电力电子设备或其他静止掌握设备来增加系统的可控性和功率传输力量的沟通输电系统。
4.柔性沟通输电装置基于电力电子设备或其他静止掌握设备来增加沟通输电系统的可控性和功率传输力量的装置。
5.电压源换流器型高压直流输电采纳电压源换流器的高压直流输电方式，又称为柔性直流输电。
二、与柔性输电掌握与爱护相关的基本术语1.掌握方式掌握柔性输电装置以便保持一个或多个电参量处于整定值的方法。
这个整定值可随时间变化，或作为一个测量参量和预先定义的函数。
2.掌握范围在柔性输电装置与沟通系统的连接点处由装置供应的可控输出电气量的最大变化范围。
3.滞后运行并联型柔性输电装置汲取无功的运行方式。
4.超前运行并联型柔性输电装置发出无功的运行方式。
5.开环掌握方式使柔性输电装置的输出参量维持在人为设定值的掌握方式。
6.输电系统暂态掌握加强系统故障恢复后的第→摆特性，提高输电系统暂态稳定极限的掌握。
三、柔性输电装置术语1.静止无功补偿器由静止元件构成的并联型可控无功功率补偿装置，通过转变其容性或(和)感性等效电抗来快速准确地调整无功功率，维持系统电压稳定。
2.静止同步补偿器一种由并联接入系统的电压源换流器构成，其输出的容性或感性无功电流连续可调且在可运行系统电压范围内与系统电压无关的无功功率补偿装置。
柔性直流输电工程技术的应用及发展论文摘要：随着社会不断的发展，我国直流输电技术水平逐提高，而柔性直流输电是直流输电技术中重要组成部分，在各个领域中得到了广泛的应用，可以满足各个领域用电需求，促进各个领域快速发展。
柔性直流输电技术有着灵活、坚强、高效的特点，在实际使用时可以充分利用可再生能源，减少社会资源的损耗，是直流输电在未来发展的必然趋势。
基于此，文章对柔性直流输电工程技术现状、工程应用与发展趋势进行研究，指出该技术在发展时存在的不足，并根据其发展现状制定出有效的解决对策。
只有这样才能保证柔性直流输电工程技术在各个领域时的安全性与稳定性，促进我国未来电网快速发展。
关键词：工程技术论文随着社会不断的发展，人们的生活水平逐渐提高，电能已经成为了人们日常生活中重要组成部分。
电能的输送问题已经成为了国家在发展过程中关注的重要话题之一。
而输电技术的出现可以有效的满足能点输送的需求，并保证电能的安全性与稳定性。
现阶段，我国输电技术也随着社会的发展发生变化，经历了直流到交流这两个阶段。
在这个电子电力技术快速发展的时代，柔性直流输电技术的已经成为了直流输电技术在未来发展的必然趋势，在各个领域中得到了广泛的应用，可以有效的解决交直流输电技术中存在的不足，为输电技术在未来的发展与未来电网构建打下了良好的基础，促进我国电力行业快速发展。
柔性直流输电工程技术是新一代电能输送技术，在各个领域中得到了广泛的应用，并取得了较好的成绩。
现阶段，柔性直流输电工程技术在发展过程中主要使用IGBT元件进行操作，有着可关段特性的特点，可以有效的对有功率、无功率的电网进行控制，保证其可以安全、稳定的运行下去，实现换流器的四象限运行。
柔性直流输电工程技术与传统的输电技术相比存在中很大的差距，主要体现在输电系统各方面环节上，可以提高电能的传输质量、效率，为直流输电技术在未来的发展打下了良好的基础[1]。
另外，柔性直流输电工程技术在实际传输过程中主要通过模块化、多电平、交流测接地的形式进行传输，这种传输方式可以有效的满足现代人们的用电需求，从而促进电力行业快速发展。
南京工程学院远距离输电技术概论班级：输电112学号： 206110618姓名：钱中华2014年12月10日目录0.引言 (3)1.研究与应用现状 (3)2.原理 (4)3.特点 (5)4.关键技术 (6)5.发展趋势 (7)6.小结 (9)柔性直流输电技术0.引言随着能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻，国家将大力开发和利用可再生清洁能源，优化能源结构。
然而，随着风能、太阳能等可再生能源利用规模的不断扩大，其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点，使得采用交流输电技术或传统的直流输电技术联网显得很不经济。
同时海上钻探平台、孤立小岛等无源负荷，目前采用昂贵的本地发电装置，既不经济，又污染环境。
另外，城市用电负荷的快速增加，需要不断扩充电网的容量，但鉴于城市人口膨胀和城区合理规划，一方面要求利用有限的线路走廊输送更多的电能，另一方面要求大量的配电网转入地下。
因此，迫切需要采用更加灵活、经济、环保的输电方式解决以上问题。
柔性直流输电技术即电压源换流器输电技术(VSC HVDC)采用可关断电力电子器件和PWM 技术，是一种新型直流输电技术，它能弥补传统直流输电的部分缺陷，其发展十分迅速。
为了进一步推动柔性直流输电技术在我国的研究和应用，本文结合ABB 公司几个典型应用工程，详细介绍了柔性直流输电的系统结构、基本工作原理和与传统直流输电相比的技术优势，并就我国的实际情况讨论了柔性直流输电在我国多个领域，尤其是风电场的应用前景。
1.研究与应用现状自1954 年世界上第一个直流输电工程（瑞典本土至GotIand 岛的20MW、100kV 海底直流电缆输电）投入商业化运行至今，直流输电系统的换流元件经历了从汞弧阀到晶闸管阀的变革。
然而由于晶闸管阀关断不可控，目前广泛应用的基于PCC的传统直流输电技术有以下固有缺陷：1只能工作在有源逆变状态，且受端系统必须有足够大的短路容量，否则容易发生换相失败；2换流器产生的谐波次数低、谐波干扰大；3换流器需吸收大量的无功功率，需要大量的滤波和无功补偿装置；4换流站占地面积大、投资大。
柔性直流输电工程技术研究、应用及发展一、本文概述1、简述柔性直流输电技术的背景和发展历程随着能源结构的优化和电网互联的需求增长，直流输电技术以其长距离、大容量、低损耗的优势，在电力系统中占据了举足轻重的地位。
然而，传统的直流输电技术，如基于晶闸管的直流输电（LCC-HVDC），存在换流站需消耗大量无功、无法独立控制有功和无功功率、对交流系统故障敏感等问题。
因此，柔性直流输电技术（VSC-HVDC）应运而生，它采用电压源型换流器（VSC）和脉宽调制（PWM）技术，实现了对有功和无功功率的独立控制，并具有快速响应、灵活调节、易于构成多端直流系统等优点。
柔性直流输电技术的发展历程可以追溯到20世纪90年代初，当时基于绝缘栅双极晶体管（IGBT）的VSC技术开始应用于风电场并网和孤岛供电等领域。
随着电力电子技术的快速发展，VSC的容量和电压等级不断提升，使得柔性直流输电技术在电网互联、新能源接入、城市配电网等领域得到了广泛应用。
进入21世纪后，随着全球能源互联网的提出和新能源的大规模开发，柔性直流输电技术迎来了快速发展的黄金时期。
目前，柔性直流输电技术已经成为直流输电领域的研究热点和发展方向，其在全球范围内的大规模应用也为电力系统的智能化、绿色化、高效化发展提供了有力支撑。
2、阐述柔性直流输电技术在现代电力系统中的重要性在现代电力系统中，柔性直流输电技术已经日益显示出其无法替代的重要性。
它作为一种先进的输电技术，不仅克服了传统直流输电技术的局限性，还以其独特的优势在现代电网建设中占据了举足轻重的地位。
柔性直流输电技术的灵活性和可控性使得它在大规模可再生能源接入电网中发挥了关键作用。
随着可再生能源如风能、太阳能等的大规模开发和利用，电网面临着越来越大的挑战。
这些可再生能源具有随机性、波动性和间歇性等特点，对电网的稳定性造成了威胁。
而柔性直流输电技术通过其独特的控制策略，可以实现对有功功率和无功功率的独立控制，从而有效地解决可再生能源接入电网所带来的问题，提高电网的稳定性和可靠性。
柔性直流输电一、概述（一）柔性直流输电的定义高压直流（HVDC输电技术始于1920年代，到目前为止，经历了3次技术上的革新，其主要推动力是组成换流器的基本元件发生了革命性的重大突破。
第一代直流输电技术采用的换流元件是汞弧阀，所用的换流器拓扑是6脉动Graetz桥, 其主要应用年代是1970年代以前第二代直流输电技术采用的换流元件是晶闸管，所用的换流器拓扑仍然是6脉动Graetz桥，因而其换流理论与第一代直流输电技术相同，其应用年代是1970年代初直到今后一段时间。
通常我们将基于Graetz桥式换流器的第一代和第二代直流输电技术称为传统直流输电技术，其运行原理是电网换相换流理论。
因此我们也将传统直流输电所采用的Graetz桥式换流器称为“电网换相换流器”，英文是“ LineCommutatedConverter ”，缩写是“ LCC 。
这里必须明确一个概念，有人将电流源换流器（CSC与电网换相换流器（LCC混淆起来，这是不对的。
LCC属于CSC但CSC的范围要比LCC宽广得多，基于IGBT构成的CSC目前也是业界研究的一个热点。
1990年，基于电压源换流器的直流输电概念首先由加拿大McGill大学的Boon-TeckOoi等提出。
在此基础上，ABB公司于1997年3月在瑞典中部的Hellsjon 和Grangesberg之间进行了首次工业性试验（3MW/± 10kV），标志着第三代直流输电技术的诞生。
这种以可关断器件和脉冲宽度调制（PWM技术为基础的第三代直流输电技术，国际权威学术组织国际大电网会议（CIGRE和美国电气和电子工程师协会（IEEE），将其正式命名为“ VSGHVDC，即“电压源换流器型直流输电”。
2006年5月，由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召幵“轻型直流输电系统关键技术研究框架研讨会”，会上，与会专家一致建议国内将基于电压源换流器技术的直流输电（第三代直流输电技术）统一命名为“柔性直流输电”。
柔性直流输电技术的应用探究一、柔性直流输电技术的原理柔性直流输电技术是一种集高压直流输电技术、电力电子技术和智能控制技术于一体的新型输电技术。
其主要原理是将交流电转换成直流电，通过高压直流输电线路进行输电，然后再将直流电转换成交流电，以满足终端需求。
柔性直流输电技术在实际应用中，可以有效地提高电网的安全性、稳定性和经济性，减少输电损耗和环保排放。
柔性直流输电技术在全球范围内得到了广泛应用。
在中国，目前已经建成了多条柔性直流输电线路，比如首都北京到河北的±800千伏柔性直流输电线路、西北地区到中东部地区的±660千伏柔性直流输电线路等。
这些柔性直流输电线路在提高电网安全性和稳定性、减少输电损耗和环保排放等方面发挥了重要作用。
在国际上，柔性直流输电技术也逐渐受到了各国的重视。
例如欧洲超高压直流工程（HVDC）是欧洲最大的海底电缆工程，是欧洲最大的HVDC工程之一，该工程成功运用了柔性直流输电技术，实现了英格兰与比利时的电力互联。
柔性直流输电技术相比于传统的交流输电技术有着诸多优势。
柔性直流输电技术可以实现不同频率和不同电压之间的电力互联，提高了电网的灵活性和互联性。
柔性直流输电技术可以减少输电损耗，提高了输电效率。
柔性直流输电技术可以实现电力质量的提高，提供更加稳定和可靠的电力供应。
柔性直流输电技术可以减少对环境的影响，降低了空间占用和环保排放。
随着电力工业的不断发展，柔性直流输电技术也在不断地完善和发展。
未来，柔性直流输电技术将在以下几个方面得到进一步发展：在技术方面，随着电力电子技术和智能控制技术的不断成熟，柔性直流输电技术将实现更高的性能和更广泛的应用。
在应用方面，随着国家电网的“智能电网”战略的推进，柔性直流输电技术将发挥更大的作用，为电网的智能化和互联互通提供更好的支持。
在国际合作方面，柔性直流输电技术将在全球范围内得到更广泛的推广和应用，为全球电力互联和资源共享做出更大的贡献。
柔性直流输电与高压直流输电的优缺点(总4页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除柔性直流输电一、常规直流输电技术1. 常规直流输电系统换流站的主要设备。
常规直流输电系统换流站的主要设备一般包括：三相桥式电路、整流变压器、交流滤波器、直流平波电抗器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用电系统)等。
2. 常规直流输电技术的优点。
1）直流输送容量大，输送的电压高，最高已达到800kV，输送的电流大，最大电流已达到4 500A；所用单个晶闸管的耐受电压高，电流大。
2）光触发晶闸管直流输电，抗干扰性好。
大电网之间通过直流输电互联（背靠背方式），换流阀损耗较小，输电运行的稳定性和可靠性高。
3）常规直流输电技术可将环流器进行闭锁，以消除直流侧电流故障。
3. 常规直流电路技术的缺点。
常规直流输电由于采用大功率晶闸管，主要有如下缺点。
1）只能工作在有源逆变状态，不能接入无源系统。
2）对交流系统的强度较为敏感，一旦交流系统发生干扰，容易换相失败。
3）无功消耗大。
输出电压、输出电流谐波含量高，需要安装滤波装置来消除谐波。
二、柔性直流输电技术1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。
柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。
2. 柔性直流输电技术的优点。
柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。
此外，柔性输电还具有一些自身的优点。
1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。
保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。
2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。
功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。
3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。
柔性输电技术简介一、柔性交流输电1.1 交流柔性输电的概念交流柔性输电（Flexible Alternative Current Transmission Systems），是综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术。
它是应用大功率、高性能的电力电子元件制成可控的有功或无功电源以及电网的一次设备等，以实现对输电系统的电压、阻抗、相位角、功率、潮流等的灵活控制，将原来基本不可控的电网变得可以全面控制，从而大大提高电力系统的灵活性和稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提高。
自己理解：交流柔性输电，之所以称之为柔性（灵活）输电，是因为相对于早期的输电网来说，它更多的应用可控的电力电子元件来控制电网的运行，改善电能质量。
因为电力电子元件的可控性而且开关速度快，就使得控制更加灵活，同时在解决电网问题时更具有实时性和易操作性。
1.2 交流柔性输电的优势①能在较大范围有效地控制潮流；②线路的输送能力可增大至接近导线的热极限。
③备用发电机组容量可从典型的18%减少到15%，甚至更少；④电网和设备故障的危害可得到限制，防止线路串级跳闸，以避免事故扩大；⑤易阻尼消除电力系统振荡，提高系统的稳定性。
自己理解：①得益于电力电子器件的灵活控制性，以及微处理微电子技术的发展应用，使得在控制电网功率流动方面更加灵活，可以实时有效的进行控制。
②由可控的电力电子器件组成的补偿装置，可以更加有效的对电路中有功，无功以及谐波进行补偿，使得在线路中的无功损耗减小，减小了线路的热损耗。
③因为可控的调节，使得线路电能的功率因数接近于1，所以发电机组全部用于发送有功功率，就可以在同等有功要求的条件下，减小发电机组的容量。
④由于开关器件的快速动作性和实时可控性，就能够有效及时的控制线路故障的扩散。
⑤因为电力电子设备组成的补偿装置，可以连续的调节电网阻抗，从而减小电力系统的震荡。
1.3 交流柔性输电的主要设备及原理用于输电系统的FACTS装置包括： SVC（静止无功补偿器）、STATCOM（静态同步补偿器）、 TCSC（晶闸管可控串补）、 TSSC（晶闸管开关串联电容器）、UPFC（统一潮流控制器）、TCPST（可控移相器）等。
ICS中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG XXXXX—2015柔性直流输电换流器技术规范Technical specification of converters for high-voltage direct current (HVDC) transmission using voltage sourced converters (VSC)（征求意见稿）XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施中国南方电网有限责任公司发布目次前言 (III)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)3.1 额定直流电流 rated direct current (1)3.2最大直流电流maximum direct current (2)3.3 短时过载（过负荷）直流电流short time overload direct current (2)3.4 额定直流电压rated direct voltage (2)3.5 额定直流功率rated direct power (2)4 文字符号和缩略语 (2)4.1 文字符号 (2)4.2 缩略语 (2)5 使用条件 (2)5.1 一般使用条件的规定 (3)5.2 特殊使用条件的规定 (3)6 技术参数和性能要求 (3)6.1 总则 (3)6.2 换流器电气结构 (4)6.3 阀设计 (5)6.4 机械性能 (6)6.5 电气性能 (7)6.6 冗余度 (7)6.7 阀损耗的确定 (8)6.8 阀冷却系统 (8)6.9 防火防爆设计 (8)6.10 阀控制保护设计 (8)7 试验 (9)7.1 试验总则 (9)7.2 型式试验 (9)7.3 例行试验 (11)7.4 长期老化试验 (11)7.5 现场试验 (12)8 其它要求 (12)8.1 质量及使用寿命 (12)8.2 尺寸和重量 (12)8.3 铭牌 (12)8.4 包装和运输 (12)8.5 安装 (12)8.6 备品备件 (13)8.7 专用工具和仪表 (13)附录 A （资料性附录）换流器技术参数表 (1)附录 B （资料性附录）换流器及其附属设备损耗表 (1)前言本标准参照了IEC62747《基于电压源换流器的高压直流系统术语》及IEC62501《高压直流输电用电压源换流器阀-电气试验》，规定了柔性直流输电用换流器的使用条件、技术性能和参数要求。
1 南京工程学院 远距离输电技术概论
班级： 输电112 学号： 206110618 姓名： 钱中华
2014年12月10日 2
目录 0.引言 ....................................................................................... 3 1.研究与应用现状 ............................................................................. 3 2.原理 ....................................................................................... 4 3.特点 ....................................................................................... 5 4.关键技术 ................................................................................... 6 5.发展趋势 ................................................................................... 7 6.小结 ....................................................................................... 9 3
柔性直流输电技术 0.引言 随着能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻，国家将大力开发和利用可再生清洁能源，优化能源结构。然而，随着风能、太阳能等可再生能源利用规模的不断扩大，其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点，使得采用交流输电技术或传统的直流输电技术联网显得很不经济。同时海上钻探平台、孤立小岛等无源负荷，目前采用昂贵的本地发电装置，既不经济，又污染环境。另外，城市用电负荷的快速增加，需要不断扩充电网的容量，但鉴于城市人口膨胀和城区合理规划，一方面要求利用有限的线路走廊输送更多的电能，另一方面要求大量的配电网转入地下。因此，迫切需要采用更加灵活、经济、环保的输电方式解决以上问题。 柔性直流输电技术即电压源换流器输电技术(VSC HVDC)采用可关断电力电子器件和PWM 技术，是一种新型直流输电技术，它能弥补传统直流输电的部分缺陷，其发展十分迅速。为了进一步推动柔性直流输电技术在我国的研究和应用，本文结合ABB 公司几个典型应用工程， 详细介绍了柔性直流输电的系统结构、基本工作原理和与传统直流输电相比的技术优势，并就我国的实际情况讨论了柔性直流输电在我国多个领域，尤其是风电场的应用前景。
1.研究与应用现状
自1954 年世界上第一个直流输电工程（瑞典本土至GotIand 岛的20MW、100kV 海底直流电缆输电）投入商业化运行至今，直流输电系统的换流元件经历了从汞弧阀到晶闸管阀的变革。然而由于晶闸管阀关断不可控，目前广泛应用的基于PCC的传统直流输电技术有以下固有缺陷：1只能工作在有源逆变状态，且受端系统必须有足够大的短路容量，否则容易发生换相失败；2换流器产生的谐波次数低、谐波干扰大；3换流器需吸收大量的无功功率，需要大量的滤波和无功补偿装置；4换流站占地面积大、投资大。因此，基于PCC的常规直流输电技术主要用于远距离大容量输电、海底电缆输电和交流电网的互联等领域。 其先研究主要发展有一下几项基本技术：
1.高压大容量电压源变流器技术 模块化多电平变流器可以有效降低交流电压变化率，其拓扑结构如图 1 所示。桥臂中的每个子模块可以独立控制，每相上、下两个桥臂的电压和等于直流母线电压。交流电压通过控制每相中两个桥臂的子模块旁路比例来叠加实现，桥臂中的子模块越多，交流电压的谐波越小。与两电平变流器相比，由于不需要每一相上的所有器件在较高频率下同时动作，模块化多电平大大降低了器件的开关损耗。 4
图1 模块化多电平变流器拓扑示意图 2.混合多电平技术（Hybrid Multilevel Technology, HMT） 另一种可被应用于柔性直流输电系统的变流器叫混合多电平变流器。该技术将开关器件和半桥或全桥构成的多电平单元组合构成一种新的变流器拓扑；由多电平单元产生电压波形，再由串联的开关器件将电压波形接入交流或直流网络。混合多电平变流器的一种典型的电路拓扑如图 2 所示，每一相由 IGBT 与多电平单元串联构成桥臂。该拓扑可以实现串联 IGBT 的零电压动作，同时多电平单元可以降低串联 IGBT的电压应力，从而减少 IGBT 的串联个数。
图2 混合多电平变流器拓扑示意图 3.两电平级联型变流器（Cascaded Two-Level Converter, CSL） 两电平级联型变流器的原理和模块化多电平变流器类似，使用另一个名称是为了强调换流阀中使用了串联压接式 IGBT。两电平级联型变流器利用 IGBT 压接技术将两电平电压源型变流器扩展到级联型多电平变流器。典型的拓扑如图 3 所示，每相拓扑分为两个桥臂，分别与直流母线的正负极相连。每个桥臂由多个两电平单元构成，每个单元可独立控制以产生需要的交流基波电压，实现对有功功率和无功功率的输出控制。
图3两电平级联型变流器 4．大规模多节点模块化多电平系统实时动态仿真技术 实时数字仿真系统已广泛应用于传统超高压系统的在线仿真研究，这类数字仿真系统硬件通常采用基于共享存储器的多 CPU 并行计算机，核心程序包含丰富的电力系统及控制系统元器件模型。以 RTDS 为例， 5
其仿真步长为20-70微秒，包含的数据转换软件能将PSS/E和EMTDC格式的数据和模型转化为RSCAD格式，可实时仿真大型交直流混合系统的电磁和机电暂态现象。 但对基于 MMC 的柔性直流输电系统来说，由于其变流器由数百甚至数千个独立控制的电压源子模块组成，在运行过程中，每个子模块的投切都是随机的，难以对其出口特性进行等值，且求解等值网络变量的导纳矩阵规模过大,精度难以保证。此外，变流器每个子模块与阀基控制设备之间通过独立的光纤进行通信，信道多、数据量大，难以通过现有的仿真接口进行转换，因此需要开发新的仿真系统。 在此背景下，中国电力科学研究院开发了双站多电平 MMC-HVDC 系统的动模仿真平台的研究。该系统可用于精确验证具有较多电平数(40 以上)换流阀的 MMC-HVDC 系统及控制保护平台设计，从而检验工程的主电路参数设计、控制器性能和交直流系统的动态特性。动模仿真平台主要由换流站交直流场(包括换流变压器、交直流开关场)、多电平电压源变流器、交直流线路数模转换接口、阀基控制器 VBC 等组成。 动模仿真平台的创新有：以弱功率电子器件实现了对大功率 MMC 子模块的模拟，具有优良的外特性和控制性能； 首次实现了 49 电平调制的模块化多电平变流器； 实现了对 VBC和 PCP的实时闭环在线验证； 实现了对电压电流平衡控制算法的验证；实现了对启停控制流程、运行方式切换的试验；实现了对直流和交流故障控制保护算法的验证。 基于通过对双端柔性直流输电工程的故障态仿真，得出了相应的试验结果，并与电磁暂态仿真软件PSCAD 的仿真结果进行了对比，证明了该系统为 MMC-HVDC 的动态特性和控制保护平台提供实时在线验证的有效性。 5.多端柔性直流输电技术 多端直流输电系统(Multi-Terminal Direct Current，MTDC)是指含有多个整流站或多个逆变站的直流输电系统，其最显著的特点在于能够实现多电源供电、多落点受电，提供一种更为灵活、快捷的输电方式。 传统的 MTDC 输电系统采用基于晶闸管的电流源型变流器，其只能依靠电网电压的过零变化换流，只能工作在有源逆变状态，且需要电提供大量的换相所需无功功率，这些固有缺陷大大影响了整个 MTDC 系统的运行性能，降低整个 MTDC 系统的适用范围。
图4 三端柔性直流输电系统示意 目前国际上关于多端柔性直流输电系统的研究中，不同应用场合下的变流器设计是一个研究热点,包括：建立多端柔性直流系统的动态模型；多种基于坐标变换的控制器设计和仿真验证；在各种应用场合多端柔性直流的仿真精度的提高和仿真时间缩短等方面。 柔性直流输电技术由电压源型变流器构成， 其对交流侧故障的鲁棒性较强； 当发生交流侧永久故障时，多端柔性直流输电系统在设计时一般已满足 N-1 法则，可以通过故障换流站退运，以达到新的稳定运 6
行状态，此时需要注意的是过渡过程中直流线路的过压抑制。当故障发生在直流侧则有很大不同，由于 IGBT 反并联二极管的续流作用，会对换流阀产生很大的冲击。 国内学者对多端柔性直流输电技术的研究主要集中在系统控制保护策略设计及其仿真验证等方面。与国际先进水平相比，我国对多端柔性直流输电技术的研究尚存在较大差距。一方面，研究内容不够全面；另一方面，已有研究开展不够深入。目前的研究成果鲜有从基本数学模型入手，以建立多端柔性直流输电各子系统模型及整体模型为基础，系统地讨论控制器结构及设计思路。而对柔性直流输电保护技术的研究一般都是基于双端系统，以稳定运行时离散控制器为基础，通过设计双序电流控制器，实现柔性直流换流站在交流侧暂态故障期间的持续运行，然而对直流侧故障时多端柔性直流系统的运行特性的研究并不多见。 多端柔性直流输电技术的研究可以参照双端系统已有成果，在此基础上建立基于不同变流器技术下多端网络的等效数学模型；对比分析不同控制策略下各换流站外特性；设计满足系统稳定运行的多端柔性直流输电系统协调控制策略； 系统地研究多端柔性直流输电系统交直流侧故障特性以及相应保护动作机制。 柔性直流输电技术的应用 截至 2011 年 8 月，世界上已经投运的柔性直流输电工程共有 13 条，仅 2011 年就已投运 3 条，在建柔性直流输电工程 12 条。而目前在的柔性直流输电工程最大工程输送容量已达到 2000MW，总输送容量超过 10000MW，相当于前十几年已建工程容量的 4 倍多，这些工程均显示了发达国家对于柔性直流输电 在可再生能源利用和智能电网发展中所起作用的重视。 1．国外应用规划 欧洲的多个国家都已经建设和规划了大量的海上风电场，其容量都在数百兆瓦等级，并且已经有部分使用了柔性直流输电技术实现系统的接入。英国国家电网输电公共有限公司（NGET plc）规划到 2025 年建设柔性直流近 50 条，以鼓励和促进新能源的发展。目前德国在建用于海上风电接入的柔性直流输电项目共 4 项，总容量约 2600MW。北欧地区规划到 2030 年通过多端柔性直流（MTDC）实现海上风电的接入，柔性直流输电被认为是最适合的实现手段。
