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摘要：柔性直流輸電技術和傳統直流輸電相比具有換流站占地面積小，諧波含量低，不需要無功補償，能自消除故障等優勢，能夠有效解決傳統直流輸電存在的弊端。通過對柔性直流輸電的接線特點、控制方式、在我國實踐應用的情況以及柔性直流輸電未來在我國電力能源輸送的趨勢進行了深入探討，表明了柔性直流輸電技術作為新一代直流輸電技術在我國各種傳統輸電模式下已經取得了優勢，在克服當前存在的技術瓶頸和難題后將是我國輸電模式的必然選擇，對我國電網的發展具有十分重要的意義。
關鍵詞：柔性直流輸電；控制方式；實踐應用；探討分析
引言
我國電網的輸電模式由先期的交流供電模式，到逐漸擴展增加直流輸電模式，最后發展到交流和直流并肩共同發展的模式，直流輸電雖然在我國起步較晚但是發展較快，其能夠減少線路投資費用、降低線路損耗和減少線路故障發生，特別適合我國西電東送長距離的能源供應模式，但是自身諧波大和技術難度高的情況初期又限制了直流輸電的發展。隨著技術人員對直流輸電的研究和摸索，一種能夠減少直流輸電中的諧波含量，不需要無功功率補償，方便組成多端供電系統的柔性直流供電技術就被廣泛應用起來。下面就對柔性直流供電的技術和發展進行探討。
1柔性直流輸電接線特點
當前我國一些小容量傳輸以及早期建設的柔性直流電主要應用換流器技術的是兩電平模式或者三電平模式，這種模式的柔性直流電的接地方式是在中性點直接接地，是一種單極對稱方式；另一種當前較為先進的多電平的柔性電網是在交流部分接地，但也是單極對稱方式。這兩種模式下的柔性直流電網沒有故障的情況下是不會有電流流過接地點的[1]。柔性直流電網還有一種單極不對稱方式，單極對稱情況下的換流閥的電壓承受水平是單極不對稱方式的一半。在柔性直流系統中還有一種雙極對稱系統，它是將兩個單極不對稱系統串接在一起組成的，這種方式比前面單一的模式能提高系統容量和電壓，特別適合大負荷、長距離輸電。并聯的系統連接方式是多端柔性直流輸電的主要方式，主要表現為星形和環形兩種形式，這樣能讓換流器在相同的電壓下進行工作，同時能讓輸電線路的電阻損耗降低，還具有今后線路改擴建的方便靈活性。
2柔性直流電網的控制
如圖1所示，換流站的控制系統和換流閥控制系統共同組成了柔性直流輸電的控制系統，這些控制系統能夠在日常運行中對電網的各個環節進行控制，同時能在發生故障情況下跳開故障線路，保護其他輸電系統。在多電平柔性直流電網中換流閥控制系統是傳統直流輸電系統所沒有的，也是極為困難復雜的。當站級控制器發出命令讓換流閥的的模塊進行動作和讓換流閥的保護模塊動作時，都需要換流閥控制系統對命令信號收集、匯總、判斷、執行，這完整的一套過程都需要閥極控制系統在納秒完成，這樣才能讓柔性直流電網的控制命令和信號反饋的實時性[2]。柔性直流電網的保護和傳統電網的保護作用是一樣的都是保護系統中所有設備不受故障部分的影響安全運行，在系統發生故障的情況下，要以最短的時間甩掉系統中出現故障的線路或者失敗，以確保電網整體運行的的安全。和傳統保護裝置一樣要滿足基本的四性（可靠性、靈敏性、選擇性、速凍性），同時要充分考慮直流輸電保護裝置可維修性和可控性。多電平和三電平（或兩電平）的換流器繼電保護配置方面總體上一樣，區別重點是是在的繼保分區和繼保算法上。
3柔性直流輸電在實踐中應用的情況
柔性直流輸電能適用于復雜的供電環境，例如大規模風電場和太陽能發電能受自然環境隨動性的影響導致這些發出的電能電壓和功率波動性較大，同時還伴有諧波污染，柔性電網特有的電氣結構能大量容納這些質量不高，甚至影響整體電網的電能，提高了新能源發電的電能質量。由于柔性直流輸電能夠在遠距離供電方面的比傳統直流、交流供電省去了無功補償設備和線路建設造價費用較低，因此在遠距離供電方面極具有優勢[3]。在向重要負荷和大型城市供電方面，柔性直流供電自身的電能質量較高對重要負荷是優質電能，同時能夠對整個城市電網有效控制系統無功和有功，大大提高了城市電網和特別重要負荷的安全性、穩定性。同時柔性直流供電的換流站占地面積小，適合目前城市中有限的土地供應，還能夠盡可能靠近城市中心，減少線路上的電能損耗。在城市供電中柔性直流電網的電纜可以直埋入城市地下，沒有磁場干擾有不用影響城市建設和環境建設，對城市供電負荷需求增加時的增容改造也是極為方便的能盡快滿足城市電力需求。在我國沿海的海島供電、大型石油鉆井平臺供電和風電場能源外送方面，柔性直流輸電的自換相技術是傳統直流供電所沒有的，極大地提高了這些偏遠地區的供電安全性。
4我國柔性直流電網的發展趨勢
柔性直流輸電在技術上和費用上的優勢極大地促進了柔性直流輸電在市場上的快速壯大，同時又發過來刺激柔性直流輸電技術的更快進步。從當前國內柔性直流電網的技術發展和工程建設上來看，特高壓柔性輸電技術、大容量柔性電網和柔性電網互聯技術是柔性電網未來發展的趨勢從技術上角度分析，直流輸電電纜的絕緣耐壓等級和雙極型晶體管設備技術的發展限制了柔性直流電網未來上升空間。因此要加大容量更大的直流電子器件、直流絕緣電纜和直流電網拓撲應用的研究。我國的柔性直流輸電技術從早期±30kV容量只有18MW的南匯風電場開始，經歷了南澳±160kV多端柔性直流電網、舟山±200kV五端柔性直流輸電工程、廈門±320kV雙極接線柔性直流輸電示范工程、魯西柔直和常規直流組合示范工程最后到張北±500kV柔性直流輸電示范工程，我國的柔性直流電網已經走在了世界柔性直流電網的前沿。應該看到，當前我國與世界的柔性直流電網還是起步階段，柔性直流供電設備的標準化，柔性電網工程建設和運行的規范化，直流智能電網的控制和故障分析檢測技術，電網繼電保護裝置和技術，等核心技術和裝備還沒有解決。當前柔性電網的實踐應用和技術問題，主要是多端直流電網通過新的換流器拓撲結構解決直流線路故障的故障隔離問題，換流器拓撲結構的優化與改進是當今世界對柔性直流輸電的熱點問題，混合拓撲方案、全橋拓撲方案和鉗位雙子模塊拓撲方案都是當今科技前沿對柔性直流電網降低故障電流，實現故障自清除進行的全新熱點探索。直流輸電的硬件設備的提升也是當前柔性直流輸電的瓶頸和要克服的難題。在重要的輸電設備直流斷路器上，瑞士ABB公司已經生產出開斷電流16kA，電壓320kV直流斷路器，我國張北±500kV柔性直流輸電示范工程的開工建設，帶動了電氣設備公司對500kV直流斷路器的相關研究，預計2~3年會有相應產品產出。斷路器硬件設備提升的同時還要解決柔性直流輸電在不同電壓下互聯問題，這就要求我們要生產高性能的直流變壓器，新疆特變公司已經開始相關研究，但是成熟產品的推出還需要一定時間。
5結語
我國大規模的經濟建設和國家能源安全都需要大規模、高質量的輸配電網絡進行保障，建設安全、智能、無污染、可拓展、大容量的直流輸配電網絡，是我國直流輸電行業的共同目標。柔性直流輸電技術以其有功無功獨立調節、無源供電能力以及易于構建直流電網等特點，是滿足當前社會用電需求的必然趨勢。風力發電、太陽能發電和地熱能發電等清潔能源占我國能源供應總量的比例不斷增加，柔性直流輸電方式又是這些清潔能源的最佳選擇。同時，建設柔性直流電網有助于我國電力能源結構的優化組合，也能夠防范大規模風電、太陽能等不穩定電源接入引起的電壓波動，未來幾年將是我國柔性直流電網建設和發展的黃金階段，隨著用電需求的不斷提升和國家西電東送能源規劃發展下，長距離、大容量輸電項目選用柔性直流輸電替代傳統交、直流輸電是大勢所趨。
參考文獻
[1]郝為瀚.海上平臺柔性直流換流站工程應用方案研究[J].南方能源建設，2017（1）：65-68.
[2]張峻榤，向往，林衛星.基于混合型MMC和直流開關的柔性直流電網直流故障保護研究[J].電力建設，2017（8）：52-56.
[3]李斌，何佳偉，馮亞東，等.多端柔性直流電網保護關鍵技術[J].電力系統自動化，2016，42（3）：1-5.
作者:劉濤 單位:太原理工大學電氣與動力工程學院 國家電網山西電力公司檢修分公司