這個電網，敲級敲級滴溫油！（柔性直流技術詳解）

今年，先後有兩個very very 高大上的柔性多端直流工程啟動勘測設計工作，先是張北可再生能源柔性直流電網示範工程，再是烏東德多端直流輸電工程。兩項工程代表了世界頂級的柔性直流輸電技術，能建所屬多個設計企業中標。

那麼，現在問題來了！我們已經熟悉了交流輸電、直流輸電，那麼柔性直流又有什麼特點呢？柔性直流真的很溫柔嗎？讓我們一起惡補一下吧。

柔性直流是什麼？

1、柔性直流與常規直流有何區別？

常規直流輸電是將三相交流電通過換流站整流變成直流電，然後通過直流輸電線路或者海底電纜送往另一個換流站逆變成三相交流電的輸電方式。它多由兩個換流站和直流輸電線組成，兩個換流站與兩端的交流系統相連接。該技術採用了電流源型換流器以及半控型電力電子器件，需由交流系統提供換相電壓進行換相。

柔性直流輸電是以電壓源型換流器、全控型電力電子器件及脈寬調製技術為基礎的新一代直流輸電技術，其具有有功和無功功率獨立控制、無需電網提供換相電壓、具備黑啟動能力、易於模塊化設計且擴展性高等一系列技術特點。柔性直流輸電技術通過改變電壓源型換流器輸出電壓的幅值和相角，實現快速調節與所連接交流系統交換的有功功率及無功功率。

柔性直流輸電功率調節原理圖

相對常規直流輸電，柔性直流輸電可向無源網絡供電，無需濾波器及無功補償設備，換流站佔地較小，易於構成多端直流輸電系統，非常適合向海島及無源網路供電、大型城市供電、電網互聯和電力交易、海上風電場併網、多端直流輸電網路等應用領域。

2、柔性直流到底溫柔在哪裡？

柔性直流輸電的「柔」主要體現在輸電系統的可控性上。該系統可快速跟蹤交直流電網各類參數的變化並根據指定的控制策略迅速作出相應的調整。這種調整迅速、平滑，對系統的影響較小。

柔性直流輸電系統潮流反轉方便快捷，事故后可快速恢復供電和黑啟動，可向無源網路供電。同時它不僅不需要交流電網提供無功補償，本身還能起到靜止同步補償器的作用，可以動態補償交流系統的無功功率，穩定交流母線電壓，提高所連接系統的電壓穩定性。

柔性直流輸電系統原理圖

3、柔性直流為何常見於海島等特殊電網？

由於特殊的地理條件，海島供電存在著輸送距離遠、用戶分散、電網相對薄弱、穩定性問題突出等問題。採用常規的交流電纜輸電，受電容電流的影響存在著送電距離不易滿足的問題。而若採用常規直流輸電，又存在著弱電網條件下換相失敗等穩定性問題，且不易於構建多端直流輸電系統。柔性直流輸電技術則可以克服這些問題，實現長距離海島供電，實現多端直流輸電系統，同時在必要的時候可以實現黑啟動和無源系統供電。

柔性直流輸電典型應用領域

4、柔性直流的多端如何理解？

常規的兩端直流僅能實現點對點的直流功率傳送，無法實現對多個電源點（如風電場）的接入或多個負荷點的同時供電。

對於海上風電或海島供電而言，多端供電是非常現實的需求，如果每個海上風電場及孤立海島都依靠與大陸的點對點直流來連接，無論工程造價，還是海域面積佔用，都是巨大的。多端系統可有效解決這個問題，將臨近的海上風電場、臨近的孤立海島連接起來，構成直流網路，再與大陸連接，既節省投資與海域資源佔用，同時也可實現運行方式的靈活多樣。

舟山五端柔性直流輸電

柔性直流換流站閥廳

柔性直流海底電纜

5、柔性直流還有個孿生兄弟

柔性直流還有一個孿生兄弟，那就是柔性交流。

柔性交流輸電技術是指綜合電力電子技術、微處理和微電子技術、通信技術和控制技術而形成的用於靈活快速控制交流輸電的新技術，它能夠增強交流電網的穩定性並降低電力傳輸的成本。

美國電力科學研究院（EPRI）N.G.Hingorani博士於1986年首次提出柔性交流輸電技術的概念，並定義為「除了直流輸電之外所有將電力電子技術用於輸電的實際應用技術」。即在交流電網的某些位置，採用具有單獨或綜合功能的電力電子裝置，對交流輸電系統的主要參數（如電壓、相位差、電抗等）進行靈活快速的實時控制，以期實現交流輸送功率的合理分配，降低功率損耗和發電成本，大幅度提高系統穩定性和可靠性。

柔性直流的前世今生

1、國外柔性直流技術發展情況

1990年，加拿大McGill大學學者首次提出柔性直流輸電概念。1997年，ABB在瑞典中部的Hällsjön和Grangesberg之間建成世界首條柔性直流試驗工程，直流電壓±10kV，傳輸容量3MW。

截至目前，國外已建成的柔性直流輸電工程共27項，最高直流電壓±345kV，最大傳輸容量2×1000MW。

2、柔性直流輸電技術發展路線是怎樣的？

柔性直流輸電技術的發展主要經歷了兩電平換流器及模塊化多電平換流器兩個階段。除此之外，有個別工程採用了三電平換流器，但應用較少。

兩電平換流器每個橋臂均由IGBT器件串聯而成，一個橋臂所有IGBT同時導通和關斷，其優點在於結構簡單，控制系統容易實現，缺點在於系統損耗較大，且IGBT均壓技術較難實現。

兩電平換流器

模塊化多電平換流器橋臂由數十個至數百個子模塊級聯而成，具有模塊化程度高、擴展性好、損耗和諧波含量低等顯著優點，非常適用於高壓大容量應用場合。已建成及在建設的柔性直流輸電工程，均基於模塊化多電平拓撲結構。

模塊化多電平換流器

3、已經建成的柔性直流輸電項目有哪些？

（1）上海柔性直流——上海南匯風電場柔性直流併網工程是最早投運的柔性直流工程，於2011年投運，其直流電壓±30kV，傳輸容量20MW。

（2）南澳三端柔性直流——直流電壓±160kV，換流站最大容量200WM，該工程連接了南澳島風電場與廣東省主網，於2013年底投入運行，實現了海上島嶼風電資源的可靠送出。

（3）舟山五端柔性直流工程——直流電壓±200kV，5個換流站容量分別為400MW、300MW、100MW、100MW、100MW，該工程2014年投運，是當時世界上電壓等級最高、端數最多、單端容量最大的多端柔性直流輸電工程，可大大加強舟山各島嶼與本島電網之間的聯繫，提高電網運行的靈活性和供電可靠性，提升舟山諸島電網對可再生能源的接納能力。

（4）廈門柔性直流輸電工程——直流電壓±320kV，傳輸容量1000MW。該工程於2015年底投運，是世界上首個真雙極柔性直流輸電工程，滿足了廈門島內不斷增長的供電需求，保證颱風等自然災害影響下的供電可靠性，並節約有限航道資源。

（5）魯西非同步聯網工程——直流電壓±350kV，傳輸容量1000MW。該工程於2016年投運，首次實現了交流非同步電網柔性直流互聯。

4、目前在建的柔性直流輸電項目有哪些？

現階段在建設的柔性直流輸電工程包括：

（1）渝鄂背靠背柔性直流輸電工程——分南、北兩個通道分別連接重慶電網和湖北電網，每個通道直流電壓均為±420kV，各包括兩個1250MW的柔性直流背靠背換流單元，整個工程傳輸容量5000MW，預計於2018年投運。

渝鄂背靠背柔性直流換流站三維軸視圖

（2）張北可再生能源柔性直流電網示範工程——世界上首個多端柔性直流輸電網路，同時也是世界首個應用柔性直流輸電技術進行陸地可再生能源大規模併網的示範工程。該工程直流電壓±500kV，包括送端張北、康保兩個1500MW換流站，受端3000MW北京換流站和3000MW豐寧調節換流站，工程預計2020年前全部建成。

張北可再生能源柔性直流電網示意圖

受端北京柔性直流換流站全站鳥瞰圖

（3）烏東德多端（混合）直流輸電工程——該工程將雲南水電分送廣東、廣西以確保水電資源的可靠消納，直流電壓±800kV，送端雲南換流站採用常規直流輸電技術，輸送容量8000MW。受端廣東換流站、廣西換流站擬採用柔性直流輸電技術，輸送容量分別為廣東站5000MW、廣西站3000MW，預計2020年全部建成投產。若兩個受端換流站採用柔性直流輸電技術，則該工程將成為世界首個特高壓混合多端直流工程。

烏東德混合多端直流地理示意圖

受端廣西柔性直流換流站全站鳥瞰圖

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