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柔性直流輸電技術(shù)（新一代直流輸電技術(shù)）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-20

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柔性直流輸電技術(shù)

新一代直流輸電技術(shù)

基于電壓源換流器的高壓直流輸電（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission，VSC-HVDC）技術(shù)由加拿大McGill大學(xué)的Boon-Teck Ooi等人于1990年提出，是一種以電壓源換流器、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)，該輸電技術(shù)具有可向無源網(wǎng)絡(luò)供電、不會出現(xiàn)換相失敗、換流站間無需通信以及易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)等優(yōu)點。柔性直流輸電作為新一代直流輸電技術(shù)，其在結(jié)構(gòu)上與高壓直流輸電類似，仍是由換流站和直流輸電線路(通常為直流電纜)構(gòu)成。

基本信息

中文名	柔性直流輸電技術(shù)
外文名	VSC-HVDC
領(lǐng)域	工程技術(shù)
ABB	HVDC Light
Siemens	HVDC PLUS
學(xué)科	電力工程

收起

簡介

柔性直流輸電系統(tǒng)中兩端的換流站都是利用柔性直流輸電，由換流器和換流變壓設(shè)備，換流電抗設(shè)備等進行組成。其中最為關(guān)鍵的核心部位就是 VSC ，而它則是由整流橋和直流電容器共同組成的。系統(tǒng)中，綜合考慮它的主電路的拓撲結(jié)構(gòu)及開關(guān)器件的類型，能夠采用正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，將此類技術(shù)在調(diào)制參考波與三角載波進行數(shù)據(jù)的對比，在后者數(shù)據(jù)相對較小的情況下，就會發(fā)生觸發(fā)下橋臂開關(guān)導(dǎo)通并關(guān)斷下橋臂。這主要是由于浮動數(shù)值和相位都可以利用脈寬調(diào)制技術(shù)來進行智能化調(diào)解。因此，VSC交流流輸出電壓基頻分量的幅值及相位也可通過脈寬進行調(diào)節(jié)。

柔性直流原理

柔性直流輸電系統(tǒng)換流器穩(wěn)態(tài)運行相量圖

與基于相控換相技術(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，可以獨立地控制輸出的有功功率和無功功率。這樣，通過對兩端換流站的控制，就可以實現(xiàn)兩個交流網(wǎng)絡(luò)之間有功功率的相互傳送，同時兩端換流站還可以獨立調(diào)節(jié)各自所吸收或發(fā)出的無功功率，從而對所聯(lián)的交流系統(tǒng)給予無功支撐。

戰(zhàn)略意義

柔性直流輸電是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要裝備，與傳統(tǒng)方式相比，柔性直流輸電在孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造、交流系統(tǒng)互聯(lián)、大規(guī)模風電場并網(wǎng)等方面具有較強的技術(shù)優(yōu)勢，是改變大電網(wǎng)發(fā)展格局的戰(zhàn)略選擇。

柔性直流輸電還將面臨如何實現(xiàn)高電壓、大功率、架空線使用、混合結(jié)構(gòu)直流輸電等方面的挑戰(zhàn)。將通過進一步的研究和試點，使該技術(shù)在大規(guī)模風電場接入系統(tǒng)、實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)網(wǎng)提高供電可靠性、緩解負荷密集地區(qū)電網(wǎng)運行壓力等更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

應(yīng)用前景展望

綜合考慮柔性直流輸電技術(shù)所具備的一系列優(yōu)點以及存在的局限性，該技術(shù)電廠并網(wǎng)，海上平臺等領(lǐng)域取得了較為廣泛的運用，而在未來的發(fā)展中該技術(shù)應(yīng)用的方向主要在以下三個方面。

（1）在城市電網(wǎng)增容及直流供電中的應(yīng)用。我國經(jīng)濟的高速發(fā)展以及城市化建設(shè)的不斷推進，促進了城市電網(wǎng)的進一步發(fā)展，與此同時大部分的城市電網(wǎng)負荷也一直呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢，人們對于電能的供應(yīng)及質(zhì)量要求不斷提高。

（2）替代交直流聯(lián)網(wǎng)。結(jié)合我國的總體趨勢西部地區(qū)的資源相對較多，同時負荷較少，我國90% 的水電幾乎都集中在西部，而東部地區(qū)的能源與負荷量特點則恰好相反。導(dǎo)致了我國地區(qū)能源和負荷的失調(diào)，因此，特高壓直流輸電工程在不斷增多，實現(xiàn)電能的大容量和遠距離運輸。

關(guān)于柔性直流輸電技術(shù)方面仍然存在著一定的障礙，在進行長距離和大容量的發(fā)展過程中，要克服以下幾個難點：第一就是用碳化硅來替代二氧化硅，從而改變 VSC 的材料，同時還要增強封裝材料的絕緣性和耐熱性，達到大容量的電流運輸。第二就是要加強電流直流斷路器的優(yōu)化與改良，突破上述所提到的故障。如果能在技術(shù)上實現(xiàn)故障的突破，那么柔性直流輸電技術(shù)在未來可能會完全取代傳統(tǒng)輸電技術(shù)，承擔起長距離大容量的輸電任務(wù)。

（3）在孤立負荷供電方面的應(yīng)用。由于柔性直流輸電技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對無源網(wǎng)絡(luò)的直接供電，同時對于輸電的功率大小沒有相應(yīng)的限制，因此在遠方孤立電荷的供電過程中，該技術(shù)能夠得到充分的發(fā)揮。

例如在南方電網(wǎng)，對于一些較為偏僻的海島或者是村莊來說，一般都是運用孤立負荷主網(wǎng)，這對于交流供電來說，難度相對較大，因此在當?shù)囟际遣捎貌裼蜋C組就地發(fā)電。這種方式雖然能解決當?shù)鼐用竦挠秒妴栴}，但同樣也會帶來環(huán)境污染大、能源消耗大等弊端，這與我國資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會的構(gòu)建目標是不相符合的。而通過運用柔性直流輸電技術(shù)，則能較好地解決以上問題，這也是該技術(shù)在未來發(fā)展中的一大應(yīng)用方向。

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