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[摘要]柔性直流输电技术是基于电压源换流器的高压直流输电技术，是随着PWM控制技术和电力电子技术发展而来的新型直流输电技术。相较于传统直流输电技术，柔性直流输电技术具有更高的可控性，能够对扰动有更快速的响应，更加方便地控制线路潮流，同时更适合中小功率和远距离输电，因此柔性直流输电技术在城市电网供电、新能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、异步交流电网互联等方面具有很强的应用价值和应用前景。
关键词：柔性直流输电技术；风电并网；孤岛供电；城市电网供电；异步交流电网互联
柔性直流输电技术采用GTO、IGBT等全控型器件，可以实现有功功率和无功功率的独立解耦控制，因此在中小功率规模下要比传统的直流输电和交流输电更为经济。在新能源（如太阳能发电、风力发电）并网，偏远城镇、海上钻探平台、孤岛供电等领域，柔性直流输电技术均有良好的应用前景。此外，大城市繁华商业区增容输电线路空间上受到限制，而柔性直流输电技术采用电缆传输恰好可以解决此难题。
1. 柔性直流输电技术的介绍
柔性直流输电技术是在可关断器件组成的电压源换流器和交联聚乙烯电缆出现后，采用脉宽调制控制技术而发展起来的，可将直流输电的经济应用功率范围降低至几十MW的新型技術。
传统直流输电转流站采用的是晶闸管阀，由于其不具备自关断电流的能力，并且开关频率低，因此其换流特性受到很大的约束。而采用GTO、IGBT等全控型器件的柔性直流输电技术，具有可控开通和关断的能力，因此具有如下优势：（1）柔性直流输电技术可以提供无功功率支持，动态补偿交流侧无功功率，因此不需要在线路中添加无功补偿装置；（2）柔性直流输电换流站本身可以独立控制无功功率和有功功率，实现无功功率和有功功率的四象限运行，控制灵活且方便；（3）柔性直流输电采用PWM控制技术，开关频率较高，经过低通滤波后就能得到所需的交流电压，因此不需要使用专门的换流变压器；（4）柔性直流输电换流站之间不需要站间通讯，每个站可以独立控制运行；（5）柔性直流输电技术采用模块化设计，占地面积小且安装方便；（6）柔性直流输电技术采用新型直流电缆，具有高强度、环保和方便掩埋等特点，因此适合深海等恶劣环境。
2. 我国柔性直流输电技术的研究状况
虽然我国对柔性直流输电技术的研究起步较晚，但在国家政策的激励和支持下，各高校和科研机构加大了这方面的研究投入。目前浙江大学、华北电力大学、华中科技大学、上海交通大学、中国电力科学研究院等都在该领域取得了很多研究成果。
2.1 风力发电并网方面的运用
我国风电资源非常丰富，如张家口风能资源可开发量超过10GW，具备建设世界级大型风电场的良好条件。但风能资源丰富的地区通常经济落后且交通不便，处于电网末端，要经过长距离输电才能够并网。发电规模、地理条件和风力发电特点的制约，使得利用现有交流输电技术将这些孤岛电源与电网连接困难较大，而且会对电网产生谐振等不良影响。因此对于距离和容量等满足不了传统高压交直流输电经济可行性要求的风电场，采用柔性直流输电技术来实现并网具有明显的技术优势。对于风电发电并网方式而言，分别采用交流输电、常规直流联网和柔性直流输电具有不同的特点：
首先，交流输电。①经济性：变电站费用较低，但缺点是需要3根导线、线路造价较高、电能损耗较大、传输距离较短且输电容量较小；②辅助装备要求：两端变电站安装大容量无功补偿设备，容易实现全封闭式内化，适合海上安装；③电网/负荷连接的问题：受稳定性制约，需要复杂的补偿系统和控制技术来确保同步；④对风电场的要求：风力发电机需变速恒频。
其次，常规直流联网。①经济性：需要1-2根导线、线路造价低、损耗较小、输电容量大且距离长，缺点是常规换流站费用很高；②辅助装备要求：换流站需要大量无功补偿设备，谐波次数低、容量大且滤波设备复杂，占地面积大且保护控制系统复杂，海上安装的难度大；③电网/负荷连接的问题：没有稳定性问题，不能向弱交流系统和无源系统供电；④对风电场的要求：风力发电机可在非工频下运行。
最后，柔性直流输电。①经济性：2根导线，输电容量、电压、换流站成本都低于常规直流输电，输电容量和距离介于交流输电和常规直流联网之间；②辅助装备要求：无功补偿容量很小、高通滤波设备简单，可模块化，占地面积小且更适合海上风电并网；③电网/负荷连接的问题：没有稳定性问题，可向弱交流系统或无源系统供电；④对风电场的要求：风力发电机可在非工频下运行。
2.2 海岛及海上钻井平台供电的应用
我国海岛较多，大陆沿海省份约有6500余个海岛，其中有常住人口的海岛约有6%，常住人口约有450万。这些海岛的供电问题多年来一直是影响其经济和社会发展的重要因素，绝大部分海岛的电力自成体系，很难与大电网并网，因此无法使用大电网的低价电源。与此同时，由于海岛用电负荷小且波动较大，设备和燃料利用率较低，电网建设和设备落后，致使海岛的电价普遍过高，而且电力供应无法得到可靠保障。
海上钻井平台通常使用独立的燃气轮机或柴油机组进行供电，但在最好的条件下，此种方式的效率也只能达到25%，而且会排放大量的二氧化碳。
采用柔性直流输电技术对海岛及海上钻井平台供电，具有如下优势：降低电价，确保当地的电力工业；可用于无源电网；可采用海底电缆输电，利用陆上资源为孤岛或海上平台供电，既解决了二氧化碳排放的问题，又免去额外的发电设备定期维护费用；柔性直流输电换流站自身可为系统提供无功补偿，无需另外安装无功补偿装置，并且占地面积小。
2.3 城市电网增容和直流供电的应用
随着城市电网建设要求的日益苛刻和城市土地资源的日益稀缺，利用交流架空线路来增加城市电网输送容量的代价越来越大，而采用地埋式直流电缆进行输电，既可以回避线路走廊问题，又能够有效控制短路容量，提高输送容量，因此柔性直流输电技术在城市电网增容中具有良好的应用前景。以115kV、70km的交流架空线路为例，将其改造为±100kV的双极式柔性直流输电供电后，线路输送容量可提高1倍，达到200MW。
在城市电网中使用柔性直流输电技术，除了可以快速控制系统的无功功率和有功功率，有效改善系统的供电质量，防止电能质量问题造成敏感设备的损坏，还可以对交流侧的电流进行灵活控制，对电网的短路容量进行控制，从而解决城市电网短路电流超标的问题。与此同时，随着城市电网中电动汽车充电装置、IT设备用电等直流负荷的不断增长，采用柔性直流输电技术对它们进行供电，可以有效避免直流转换效率问题，降低谐波等对电力系统的危害，从而产生巨大的经济和社会效益。
3. 结论
目前我国虽然针对柔性直流输电技术展开了大量的研究，但是还远远不高，这要求我们建立相应的研究试点和工程试点，结合我国能源分布和电网结构的特点，研究适用的柔性直流输电拓扑结构和运行控制方式，研究柔性直流输电技术对电力系统的影响及相应的保护策略，研究柔性直流输电技术的经济性。笔者相信，随着研究的不断深入，柔性直流输电技术必将在我国有着更为广泛的应用前景。
参考文献：
[1]刘隽，何维国，包海龙.柔性直流输电技术及其应用前景研究[J].供用电，2008，25（1）.
[2]吴翠朋.柔性直流输电系统保护策略探讨[D].广东工业大学，2010.
[3]孙泽文，郑良广.基于模糊PI控制的海上风电柔性直流输电整流器研究[J].电网与清洁能源，2009，25（9）.
[4]吴俊宏，艾芊.多端柔性直流输电系统在风电场中的应用[J].电网技术，20
09，33（4）.
作者信息：
陈圳钏；通信地址：广东省汕头市金砂路71号调控中心；邮编：515041；联系电话：13802710155
关键词：柔性直流输电技术；风电并网；孤岛供电；城市电网供电；异步交流电网互联
柔性直流输电技术采用GTO、IGBT等全控型器件，可以实现有功功率和无功功率的独立解耦控制，因此在中小功率规模下要比传统的直流输电和交流输电更为经济。在新能源（如太阳能发电、风力发电）并网，偏远城镇、海上钻探平台、孤岛供电等领域，柔性直流输电技术均有良好的应用前景。此外，大城市繁华商业区增容输电线路空间上受到限制，而柔性直流输电技术采用电缆传输恰好可以解决此难题。
1. 柔性直流输电技术的介绍
柔性直流输电技术是在可关断器件组成的电压源换流器和交联聚乙烯电缆出现后，采用脉宽调制控制技术而发展起来的，可将直流输电的经济应用功率范围降低至几十MW的新型技術。
传统直流输电转流站采用的是晶闸管阀，由于其不具备自关断电流的能力，并且开关频率低，因此其换流特性受到很大的约束。而采用GTO、IGBT等全控型器件的柔性直流输电技术，具有可控开通和关断的能力，因此具有如下优势：（1）柔性直流输电技术可以提供无功功率支持，动态补偿交流侧无功功率，因此不需要在线路中添加无功补偿装置；（2）柔性直流输电换流站本身可以独立控制无功功率和有功功率，实现无功功率和有功功率的四象限运行，控制灵活且方便；（3）柔性直流输电采用PWM控制技术，开关频率较高，经过低通滤波后就能得到所需的交流电压，因此不需要使用专门的换流变压器；（4）柔性直流输电换流站之间不需要站间通讯，每个站可以独立控制运行；（5）柔性直流输电技术采用模块化设计，占地面积小且安装方便；（6）柔性直流输电技术采用新型直流电缆，具有高强度、环保和方便掩埋等特点，因此适合深海等恶劣环境。
2. 我国柔性直流输电技术的研究状况
虽然我国对柔性直流输电技术的研究起步较晚，但在国家政策的激励和支持下，各高校和科研机构加大了这方面的研究投入。目前浙江大学、华北电力大学、华中科技大学、上海交通大学、中国电力科学研究院等都在该领域取得了很多研究成果。
2.1 风力发电并网方面的运用
我国风电资源非常丰富，如张家口风能资源可开发量超过10GW，具备建设世界级大型风电场的良好条件。但风能资源丰富的地区通常经济落后且交通不便，处于电网末端，要经过长距离输电才能够并网。发电规模、地理条件和风力发电特点的制约，使得利用现有交流输电技术将这些孤岛电源与电网连接困难较大，而且会对电网产生谐振等不良影响。因此对于距离和容量等满足不了传统高压交直流输电经济可行性要求的风电场，采用柔性直流输电技术来实现并网具有明显的技术优势。对于风电发电并网方式而言，分别采用交流输电、常规直流联网和柔性直流输电具有不同的特点：
首先，交流输电。①经济性：变电站费用较低，但缺点是需要3根导线、线路造价较高、电能损耗较大、传输距离较短且输电容量较小；②辅助装备要求：两端变电站安装大容量无功补偿设备，容易实现全封闭式内化，适合海上安装；③电网/负荷连接的问题：受稳定性制约，需要复杂的补偿系统和控制技术来确保同步；④对风电场的要求：风力发电机需变速恒频。
其次，常规直流联网。①经济性：需要1-2根导线、线路造价低、损耗较小、输电容量大且距离长，缺点是常规换流站费用很高；②辅助装备要求：换流站需要大量无功补偿设备，谐波次数低、容量大且滤波设备复杂，占地面积大且保护控制系统复杂，海上安装的难度大；③电网/负荷连接的问题：没有稳定性问题，不能向弱交流系统和无源系统供电；④对风电场的要求：风力发电机可在非工频下运行。
最后，柔性直流输电。①经济性：2根导线，输电容量、电压、换流站成本都低于常规直流输电，输电容量和距离介于交流输电和常规直流联网之间；②辅助装备要求：无功补偿容量很小、高通滤波设备简单，可模块化，占地面积小且更适合海上风电并网；③电网/负荷连接的问题：没有稳定性问题，可向弱交流系统或无源系统供电；④对风电场的要求：风力发电机可在非工频下运行。
2.2 海岛及海上钻井平台供电的应用
我国海岛较多，大陆沿海省份约有6500余个海岛，其中有常住人口的海岛约有6%，常住人口约有450万。这些海岛的供电问题多年来一直是影响其经济和社会发展的重要因素，绝大部分海岛的电力自成体系，很难与大电网并网，因此无法使用大电网的低价电源。与此同时，由于海岛用电负荷小且波动较大，设备和燃料利用率较低，电网建设和设备落后，致使海岛的电价普遍过高，而且电力供应无法得到可靠保障。
海上钻井平台通常使用独立的燃气轮机或柴油机组进行供电，但在最好的条件下，此种方式的效率也只能达到25%，而且会排放大量的二氧化碳。
采用柔性直流输电技术对海岛及海上钻井平台供电，具有如下优势：降低电价，确保当地的电力工业；可用于无源电网；可采用海底电缆输电，利用陆上资源为孤岛或海上平台供电，既解决了二氧化碳排放的问题，又免去额外的发电设备定期维护费用；柔性直流输电换流站自身可为系统提供无功补偿，无需另外安装无功补偿装置，并且占地面积小。
2.3 城市电网增容和直流供电的应用
随着城市电网建设要求的日益苛刻和城市土地资源的日益稀缺，利用交流架空线路来增加城市电网输送容量的代价越来越大，而采用地埋式直流电缆进行输电，既可以回避线路走廊问题，又能够有效控制短路容量，提高输送容量，因此柔性直流输电技术在城市电网增容中具有良好的应用前景。以115kV、70km的交流架空线路为例，将其改造为±100kV的双极式柔性直流输电供电后，线路输送容量可提高1倍，达到200MW。
在城市电网中使用柔性直流输电技术，除了可以快速控制系统的无功功率和有功功率，有效改善系统的供电质量，防止电能质量问题造成敏感设备的损坏，还可以对交流侧的电流进行灵活控制，对电网的短路容量进行控制，从而解决城市电网短路电流超标的问题。与此同时，随着城市电网中电动汽车充电装置、IT设备用电等直流负荷的不断增长，采用柔性直流输电技术对它们进行供电，可以有效避免直流转换效率问题，降低谐波等对电力系统的危害，从而产生巨大的经济和社会效益。
3. 结论
目前我国虽然针对柔性直流输电技术展开了大量的研究，但是还远远不高，这要求我们建立相应的研究试点和工程试点，结合我国能源分布和电网结构的特点，研究适用的柔性直流输电拓扑结构和运行控制方式，研究柔性直流输电技术对电力系统的影响及相应的保护策略，研究柔性直流输电技术的经济性。笔者相信，随着研究的不断深入，柔性直流输电技术必将在我国有着更为广泛的应用前景。
参考文献：
[1]刘隽，何维国，包海龙.柔性直流输电技术及其应用前景研究[J].供用电，2008，25（1）.
[2]吴翠朋.柔性直流输电系统保护策略探讨[D].广东工业大学，2010.
[3]孙泽文，郑良广.基于模糊PI控制的海上风电柔性直流输电整流器研究[J].电网与清洁能源，2009，25（9）.
[4]吴俊宏，艾芊.多端柔性直流输电系统在风电场中的应用[J].电网技术，20
09，33（4）.
作者信息：
陈圳钏；通信地址：广东省汕头市金砂路71号调控中心；邮编：515041；联系电话：13802710155