ｔｈｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｂｒｏａｄ ａｎｄ ｉｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｚｅｄ
ｏｎ
ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ
ａｒｅ
ｏｆ
ｅｎｅｒｇｙ
ｓｏｎｒｃｅｓ
ａｎｄ ｐｏｗｅｒ
１
鲥ｄ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ
ｓｏｕｒｃｅｓ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｍａｒｔ ＨＶＤＣ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｆｏｒ
ａ
ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
ｆｌｅｘｉｂｌｅ
ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ
ｏｆ
ＨＶＤＣ
ｓｏｕｒｃｅｓ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
ａｒｅａ
ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ｉｓｏｌａｔｅｄ
ａｎｄ ｕｒｂａｎ
ｐｏｗｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｒｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ
第３２卷第５期
・６２・
电
力
建设
、，０１．３２，ＮＯ．５
２０１１年５月
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
Ｍａｙ，２０１１
中图分类号．－ＴＭ ７２１．１文标志码：Ａ文章编号：１０００．７２２９｛２０１１）０５．００６２．０５
柔性直流输电技术的发展与展望
胡航海，李敬如，杨卫红，李红军
（国网北京经济技术研究院，北京市，１０００５２）
２５０
ｍ２，１个２５０ ＭＷ的柔性直流换流站占地面积约
０００
为３
ｍ２Ｉｌｌｌ，估算其占地面积为１２～１５ ｍ２／ＭＷ。而 Ｍｗ的＿＋５００ ｋＶ直流换流站占地面积约为
１个３
３３
０００
ｍ２／ＭＷ。可见，柔性直流换流站占地面积不到常
规高压直流换流站的一半，大大减少建设成本和占地 面积。根据国家电网公司典型设计方案，１１０ ｌ（Ｖ交 流全户内变电站占地面积为１５￣２０ ｍ２／ＭＶＡ，３５ ｋｖ交 流全户内变电站占地面积为２５ ｍ２／ＭｖＡ，可见相对于 交流变电站，柔性直流换流站在节约占地方面也有一 定的优势。另外，柔性直流输电采用的直流电缆比交 流架空线路所需的走廊宽度要小，而且输送的容量大 于交流电缆。因此，在土地资源日益稀缺，电站及线 路建设环境日益严峻的情况下，柔性直流输电具有较 大的经济和社会效益。 如果单纯从设备成本和建设成本而言，目前柔性 直流输电技术应用还相对昂贵。国外研究表明，综合 考虑线路、换流站的投资以及损耗等，当输送距离超 过３５－－４５ ｋｍ时采用柔性直流输电技术对于城市电网 进行送电才能优于交流输电技术。而目前利用电缆 对城市电网进行供电的距离一般都不超过２０ 现其经济性。 针对特大型城市短路电流超标、电压支撑能力不 足的问题，ＡＢＢ公司研究利用柔性直流输电技术解
表１柔性直流输电技术应用工程情况
Ｔａｂ．１
Ｐｒａｃｆｉｃａｌ
实现可再生能源的可靠接入提供了一种可行的技术 选择。 ３．２城市电网发展 随着城市社会经济的高速发展，城市电网作为主 要负荷中心，负荷密度越来越高，用电负荷量、质的需 求不断增加，以交流输电为主的城市电网电能输送面 临越来越大的困难和挑战。 （１）环境保护和有限的土地资源严重制约了大容 量电源的建设。对于大型城市，从外地输入大量电力 的必然趋势使得城市电网对区域大电网的依赖性大 大增强，电网安全稳定运行的压力越来越大。 （２）现代的城市线路走廊资源日益紧张，架空送 电线路走廊匮乏，增加了对地下电缆等新型输电方式 的迫切性。 （３）随着城市用电负荷和供电容量的增加，动态 无功不足，短路电流超标日益成为大型城市电网的重 要问题，如上海５００ ｋＶ短路电流即将达到６３ ｋＡ，对 系统中的开关设备及其他网络元件的安全运行造成 了极大的威胁。 （４）城市负荷对于供电可靠性以及电能质量的要 求越来越高。谐波污染、电压间断、电压波形闪变等 问题使一些敏感设备如工业过程控制装置、电子系统 等失灵，往往造成巨大的经济损失。 虽然交流电缆输电解决了城市电网面临的一些 问题，但是其潮流难以控制、短路电流超标等问题使 其局限性日益凸显。为了确保城市电网持续发展，需 要研究运行灵活、可控性高的新型输电技术，针对性 地解决城市电网电源支撑弱、无功电压支撑能力不足 等关键问题。 ３．３智能电网发展 随着科技的进步和城市化、信息化水平的提高，智 能楼宇、智能社区、智能城市相继出现，电动汽车、智能 家电等也将推广应用，电网智能化成为未来电网的必 然趋势。这对现有的输、配、用电方式提出了新的挑 战。利用交流对电动汽车充电装置供电需要进行 ＡＣ．ＤＣ转换，不可避免地造成电能损失，同时充电产 生的谐波也对电网形成不利影响。在现有的交流电供 电模式下，以ＩＴ设备为基础的智能家电的广泛使用同 样面临ＡＣ．ＤＣ转换造成的巨大损失，也不利于实现太 阳能等分布式电源的就地供应。同时，分布式电源的 大量接入将改变现有配电网结构和潮流分布，会引起 谐波、三相电压不平衡等电能质量问题，对交流配电网 的无功平衡、电压调节、控制等技术都提出了挑战，因 此需要研究利用柔性直流输电技术灵活的潮流控制等 优势，实现分布式电源与主网的协调运行。
万方数据
第５期
胡航海等：柔性直流输电技术的发展与展望
・６３・
距离的孤立负荷直流送电成为可能。 （２）控制灵活方便。正常运行时，可以同时且独 立地控制有功功率和无功功率，不仅不需要交流侧提 供无功功率，而且能够起到静态同步补偿器的作用。 如果容量允许，那么系统还可以向故障系统提供有功 功率和无功功率的紧急支援，提高系统的功角稳定性 和电压稳定性。 （３）系统在潮流反转时，直流电流方向反转而直 流电压极性不变。这个特点有利于构成潮流控制方 便且可靠性高的并联多端直流系统，克服了常规多端 直流系统并联连接时潮流控制不便、串联连接时又影 响可靠性的缺点。 （４）采用脉宽调制控制技术，开关频率相对较高， 经过高通滤波后就可得到所需交流电压，不需要变压 器，简化了换流站的结构。其相关设备可以采用模块 化设计，工程建设周期大为缩短，正常维护工作量大 大减少，有利于实现无人值班或少人值守，提高生产
ｋｍｔ“１，
效掣粥１。
柔性直流输电技术的关键点是换流器的电路及 控制、保护等系统设计。换流器的电路拓扑结构与工 程电压等级、电力电子器件数量、开关频率、损耗、开 关调制方式和系统可控性等因素密切相关。理想的 大容量换流器主回路拓扑结构应该不仅能够降低电 力电子器件直接串联数目、器件开关频率、简化系统 主电路拓扑结构，而且还能有效降低控制保护系统和 主电路的复杂性、器件的开关损耗。另外，还需要确 定合理的控制系统设计，有效抑制换流装置的过电压 和过电流问题，以保证系统在故障条件下的不间断运 行能力。
直流电压作用下电缆击穿机理不同，在相同电压等级 下，直流电缆的绝缘要求低于交流电缆，因此造价上 直流电缆线路比交流电缆线路相对节省，所以当输送 距离超过４０～５０ ｋｍ时直流电缆线路较交流电缆线路 经济１９～０１。
２．２柔性直流输电的经济性
柔性直流输电系统对辅助设备的需求较少，换流 站可以建得相对紧凑。资料表明１个功率为２０ Ｍｗ、 电压低于３０ ｋＶ的柔性直流换流站占地面积不到
ｋｍ时，直流架空线路较交流架空线路经济：而交
万方数据
・６４・
电
力
建设
第３２卷
量超过５００Ｍｗ时，建议使用常规高压直流输电”叼。 由于柔性直流输电大部分成本在于半导体器 件。从长远看，随着大功率电力电子器件成本的 不断降低以及换流站模块化设计的完善，柔性直 流输电成本将迅速下降，将具有良好的经济性和 明显优势。 ２．３柔性直流输电技术国外应用情况 国际上关于柔性直流输电技术的研究相对重视， 无论是在基础理论方面还是在工程实用化方面都已经 比较深入。从１９９７年Ｈｅｌｌｓｊｏｎ工程作为第一个柔性直 流输电工业试验工程建成投运以来，柔性直流输电技 术在世界范围内得到了推广和应用，建成或在建工程 超过ｌＯ个。这些工程主要应用于系统互联、海上风电 场输电、风电联网以及海上作业供电等，而在孤远地区 供电如海岛等，以及城市电网等方面目前还没有实际 应用。我国柔性直流输电技术研究还刚刚起步，开始 在上海研究建设用于风电场接入的示范工程。
２柔性直流输电技术的经济性
２．１
因此，柔性直流输电需要降低大约５０％的成本才能体
直流输电的经济性 交直流输电技术的经济性论证由来已久。直流
换流站的设备比交流变电站复杂，除了换流变压器， 还需要价格昂贵的可控硅换流器、调节装置、平波电 抗器、滤波及其他附属设备，因此换流站的投资高于 等容量的交流变电站。但对于相同的输送功率，直流 线路在导线、金具、绝缘子等方面一般要比交流线路 减少约１／３，且杆塔荷重减轻，节省了钢材并减少了线 路走廊宽度和占地面积，故在单位长度造价上，直流 架空线路较交流架空线路经济。同时考虑直流输电 技术在电能损耗以及输电能力方面的优势，采用直流 输电在远距离大容量送电方面有较大的经济性。 根据工程建设经验，当输送距离超过６００～
０引言
柔性直流输电技术采用基于可关断器件的电压 源换流器，具有关断电流的能力，应用脉宽调制技术 进行无源逆变，对受端系统的容量没有要求，解决了 常规直流输电向无交流电源的负荷点送电的难题，其
图１柔性直流输电技术的系统原理图
Ｓｙｓｔｅｍ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ａｉａｇｒａｍ ｏｆＨＶＤＣ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｔｃｅｈｕｏｌｏｇｙ
７００
决的经济性。通过对比ＤⅥ呵ＡＣⅥ己（一种新型短路
电流限制器）方案与柔性直流输电技术方案，发现２ 种方案效果类似，虽然柔性直流输电的成本要贵５０％ 左右，但如果综合考虑柔性直流输电在环境、土地等 方面的节约效益，以及其引入带来的系统潮流优化控 制、系统稳定等效益，柔性直流输电技术依然占有一 定的优越性“３１。 国外关于海上风电场电能输送实践经验表明， 随着输送距离和输送容量的增长，直流输电的经济 性越是突显。当输送容量小于３００ ＭＷ时，建议使 用交流输电；当输送容量超过３００ ＭＷ或输送距离 超过２５０ｋｍ时，建议使用柔性直流输电：当输送容