“以柔克刚”的柔性直流输电技术

 
                               柔性直流输电适用场景 
 
 
                          柔性直流输电的核心部件——换流阀阀塔
 
 
                                柔性直流输电技术路线图
 
 大规模新能源开发和集中接入、送出以及特高压直流的快速发展和集中接入成为我国电力系统发展的新特点。柔性直流输电作为新一代直流输电技术，在孤岛供电、城市配电网增容改造、交流系统互联、大规模新能源并网等方面具有较强的技术优势，甚至被比喻为输电技术新生代中的“战斗机”。下面就带您一起了解什么是柔性直流输电技术、柔性直流输电技术的特点与发展应用情况。

什么是柔性直流输电技术？

 柔性直流输电技术是20世纪90年代发展起来的一种新型直流输电技术，国际上也称为轻型直流输电、新型直流输电，国内将其命名为“柔性直流输电”。

 “柔性”一词来源于英文Flexible，表示应用先进的电力电子技术为电网提供灵活的控制手段。它将半控型电力电子器件升级为全控型电力电子器件，具有响应速度快、可控性好、运行方式灵活、可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点，适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市配电网的增容改造等。

 所谓柔性，主要指运行控制灵活、智能化程度高。在传统的输电技术下，比如要解决分散海岛供电问题，一般采用大投入的“刚性”办法，建大跨度的跨海输电线路，或者干脆在海岛上建大电厂。但这样的刚性大投入不经济，且也难以接纳海岛已有的风力发电等新能源。柔性直流输电技术则能提升电力系统稳定性，增强系统对清洁能源的消纳能力，提高配电网可靠性和灵活性，就像个太极高手，具有“以柔克刚”的本领。如果说特高压直流像大飞机，容量大、效率高、距离远，柔性直流就像直升机，灵活、便捷。

柔性直流输电的优势有哪些？

 与传统直流输电相比，柔性直流输电的优势主要体现在孤岛供电、有功功率与无功功率控制等方面。如在孤岛供电中，常规直流输电是点对点单向输电，不能实现双向互通，缺乏灵活性，同时还必须依赖站用交流电启动设备，因此不能向没有电源点的电网送电，就像没有港口大船难以靠岸，不能有效解决孤岛供电问题。采用柔直输电技术，意味着在没有港口的岛屿之间开行了登陆艇，可实现电能灵活双向调配，直接向无电源电网供电，分布在分散海岛上的风电电能，也能及时联网送出。在有功和无功控制方面，如果将输电线路比作淋浴房中的水管，有功功率和无功功率比作淋浴房中的热水管和冷水管，柔性直流输电技术就相当于水管中的水泵，可灵活调解冷水和热水的流向、水量、比例等，可以对有功和无功功率进行独立控制，不再需要配置容量巨大的无功补偿装置，运行方式更加灵活，系统可控性获得了极大的提升。

 与交流输电相比，柔性直流输电的优势主要体现在长距离输电、新能源消纳、成本控制等方面。如在长距离电缆输电中，交流电缆越长，电能损耗越高，输送的有效电能越少，就像烧好的开水沿着管子往外送，管子越长，水温越低，末端用户就用不上热水了;柔性直流则相当于一根保温管，即使到末端用户，水温都是恒定的。

 更为重要的是，柔性直流输电可携带来自多个站点的风能、太阳能等清洁能源，通过大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心，这为新能源并网、大城市供电等领域提供了一种有效的解决方案。风能、太阳能发电等新能源接入电网的最大障碍就是其间歇性和不确定性，交流系统电压波动是弃风的原因之一。而柔性直流输电技术就像在电网接入了一个阀门和电源，可以有效地控制其上面通过的电能，隔离电网故障的扩散，而且还能根据电网的需求，快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量，从而优化电网的潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。专家介绍，柔性直流输电技术至少可提高风电利用率5%~10%。该技术已成为改变电网发展格局的战略性选择。

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柔性直流输电技术的发展历程及趋势

 一百年前的交直流之争，交流战胜了直流。此后，交流输电成为主要的输送方式，但是交流电网越建越大，输送范围受限，输电走廊占用大，对新能源的接入非常有限。

 直流输电发展了40多年，广泛应用于点对点远距离大容量输电，需要非常强的交流系统支撑，不宜构成多端，也不能构成网。

 20世纪90年代出现了柔性直流输电技术，这个技术是未来电网形态重要的发展方向，它非常容易构成多端、构成电网，所以目前来说是对新能源接入最友好的技术。

 发展历程

 ●上海南汇风电场柔直工程  国家电网公司于2011年7月投运上海南汇风电场柔性直流输电工程，这是亚洲首个具有自主知识产权的柔直工程，直流电压±30千伏，换流站容量18兆瓦。

 ●浙江舟山五端柔直工程  在柔性直流输电技术的基础上，进一步构成多端柔性直流输电系统，可携带来自多个站点的风能、太阳能、地热能等清洁能源，通过大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心。

 2014年，国家电网公司在浙江舟山建设了世界首个五端柔性直流输电工程，采用±200千伏直流电压，分别在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁建设一座换流站，实现多个海上风电场同时接入和电力输送。

 ●厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程  2015年12月17日，世界首个双极柔性直流输电工程——厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程正式投运，标志着我国全面掌握了高压大容量柔性直流输电关键技术和工程成套能力，实现了柔性直流输电技术领域的国际引领。该工程在浙江舟山±200千伏柔性直流工程的应用基础上，将电压等级首次提升至±320千伏，从伪双极提升至真双极接线。

 ●张北可再生能源±500千伏柔直示范工程  为了给风、光电力能源大基地外送提供可靠技术保证，国家电网公司规划在张家口国家级新能源综合示范区和冬奥专区建设张北可再生能源±500千伏柔性直流电网示范工程，构建输送大规模风、光、抽蓄等多种能源的4端环形柔性直流电网，预计2019年投运。

 示范工程系统接线采用双极方式，正负极均可独立运行，相当于两个独立环网。一极发生故障后，通过极控系统，另一极在设备通流能力允许的情况下，可以转带故障极功率。通过在张北构建柔性直流环形电网，可以实现大规模光伏、风能的昼夜互补，以及新能源与储能电源的灵活能量交互，形成稳定可控的电源送至受端电网，解决大规模新能源接入后的系统调峰问题，减小间歇性能源对受端交流电网的扰动冲击，实现新能源的友好接入。

发展趋势

 2011年我国首个柔直工程投运以来，我国柔性直流输电正在快速向大容量、多端、双极、背靠背等多个研究方向开展实践和探索。

 在探索新能源消纳的道路上，柔性直流输电已经成为全球电力抢占的下一个制高点。目前，世界范围内至少有16个国家均有柔性直流输电工程投运或在建。在欧洲，为了将远海风电、欧洲北部水电以及来自北非的太阳能接入电网，一个以柔性直流输电技术为支撑的能源互联网已经进入实施阶段。在未来，基于全球能源互联网倡议，对柔性直流输电技术的需求显得尤为迫切。

 预计在未来10年内，欧洲将建设20条以上的柔性直流工程，用于实现各个国家之间的互联和可再生能源的并网互补。英国、美国也均已规划了多条柔性直流输电工程，并且将在未来20年逐步构建柔性直流电网，以满足其可再生能源发展的需求。