柔性直流输电对比
电网关键技术 柔性直流输电：更大更高更强
我国在柔性直流输电技术方面已经进入快速应用阶段。
柔性直流输电技术在解决大区域电网与周边弱电网互联、可再生能源并网等问题方面有着特殊的优势，必将在智能电网建设进程中发挥重要作用。
福建厦门柔性直流输电工程全景。
资料图柔性直流输电技术应用领域。
资料图新一代：实现灵活控制柔性直流输电是采用电压源换流技术的直流输电技术，也叫电压源型直流输电。
在现有电网中使用柔性直流输电系统，相当于在电网中接入了一个阀门和电源，它不仅可以有效控制通过的电能，隔离电网故障的扩散，而且还能根据电网需求，快速、灵活地发出或吸收一部分能量。
这对增强电网稳定性，提升电网的智能化和可控性，具有重要作用。
20世纪70年代以来，基于晶闸管换流阀的直流输电技术得到了广泛应用，但是，晶闸管换流阀只能控制阀的开通，不能控制阀的关断，因此，直流输电技术的应用受到限制。
进入90年代以后，随着可关断开关器件的发展，特别是绝缘栅双极型晶体管IGBT的广泛应用，采用可关断器件的电压源换流器性能得到了改善，后来被引入到直流输电领域。
对于采用电压源换流技术的直流输电技术，国际权威电力学术组织将其定义为基于电压源型换流器的高压直流输电技术。
1997年，第一个柔性直流输电工程投入工业试验运行。
柔性直流输电技术相比其他输电技术，具有电流自关断能力，可以独立控制有功功率和无功功率，不存在交流输电固有的频率稳定问题和传统直流输电的换相失败问题。
系统主要设备包括电压源换流器、连接变压器、桥臂电抗器、开关设备、直流电容、直流开关设备、测量系统、控制与保护装置等。
柔性直流输电技术在大规模清洁能源并网、海岛供电、交流电网同步/异步互联、构建直流电网等方面具有广阔的应用前景。
第一条：获得多项成果2006年5月，国家电网公司确定了《柔性直流输电系统关键技术研究框架》，由此启动了我国在柔性直流输电关键技术领域的全面研究。
上海南汇风电场柔性直流输电示范工程，是我国首条柔性直流输电工程，也是亚洲首条柔性直流输电示范工程。
柔性直流配电技术的优势及发展现状
柔性直流配电技术的优势及发展现状近年来随着国家建设的发展进步，持续大力推行节能环保政策，出现了大量以分布式电源和储能为代表的直流电源以及以电动汽车等并网负荷为代表的直流负载，使交流配电网的电源形式、负荷形式都发生了变化。
本文对柔性直流配电技术的优势进行了分析，梳理了柔性直流配电的关键技术，并对柔性直流配电的发展现状进行了粗浅总结。
标签：配电网;柔性直流配电;配电技术;发展现状1柔性直流配电技术优势分析直流配电技术相较于交流配电来说输电线占地面积小、耗材少，灵活性好，运行损耗也更小，其两侧交流系统无需同步运行，具有技术经济优势。
1.1柔性直流配电技术更加先进（1）分布式电源灵活接入直流配电系统，利用直流电不存在交流电的相位和频率跟踪优势，能有效的提高分布式电源接入的灵活性和可靠性。
（2）直流电不再存在交流电电能质量评价中的频率偏差和三相不平衡指标，谐波与间谐波变成文波与高频分量，电力高质量供应，电能质量问题更少。
（3）柔性直流配电技术能减少变流环节，降低供电输送时间，还具备潮流动态可控和限制短路电流的能力，使系统拥有高可控性。
（4）柔性直流网架结构对于交流配电系统有更加的多样性，区别交流配电的闭环设计、开环运行，有多端辐射以及环网等结构，为供电拓扑提供更多灵活设计方案。
1.2柔性直流配电技术更加经济在快速发展的社会中，不仅电动汽车和电子设备等直流负荷增多，还有变频空调等需要直流驱动的交流负载。
直流配电系统能直接向直流负荷和需要直流驱动的负荷供电，节省变流环节，降低成本和损耗。
交流电压峰值大于直流额定电压且有效峰值相同时，直流配电的绝缘强度要求更低。
2柔性直流配电的关键技术梳理在柔性直流配电技术规划中首先要严格按照国家颁布的相关标准制定电压等级，能为直流配电技术研究提供基础保障。
2.1拓扑结构的设计拓扑结构与系统运行管理方式和控制保护策略装置有直接关系，也会影响到系统运行的经济性和可靠性，在目前阶段直流配电技术拓扑结构设计主要3个方案。
柔性直流输电不同电压等级的经济性比较_曾丹
２ ２ ０ ０ ０ ０ ８
９ ５
８ １ ７ １
经计算 ， 可得在 ±８ ０ｋ Ｖ 和 ±１ ５ ０ｋ Ｖ 电压等级 。 可以看出 ， 下， 其原材料消耗分别为 ６ ３ ０ｔ和 ３ ５ ０ｔ 采用 ±８ 其 电 缆 总 重 是 ±１ ０ｋ Ｖ 电压等 级 时 ， ５ ０ｋ Ｖ 。 。 电压等级时电缆总重的 １ 倍 电缆造价见表 ． ８ ３
表 ４ 总工程造价预估 Ｔ ａ ｂ ． ４ Ｅ ｓ ｔ ｉ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｃ ｏ ｓ ｔ ｐ ｊ
电压等 级／ ｋ Ｖ ±８ ０ ±１ ５ ０ 换流站造 价／亿元 ６ ． ０ ６ ． ６ 换流站所占 比例／％ ３ ０ ３ ５ 工程造 价／亿元 ２ ０ １ ９
综上所述 ， 对于几百兆瓦的柔性直流输电工程 ， 选取不同电压等级的传输电缆 ， 其电压等级越高 ， 柔 性直流换流站的造 价 就 越 高 ， 所占总工程造价的比 例也越高 ， 影响总工 程 造 价 的 主 要 因 素 是 换 流 站 造 价。
３ 运行成本分析
年运行费用是指所实施工程在正常运行中所需 — ９ ９ —
摘要 ：分析了柔性直流输电输送容量与电压等级的关系 ， 提出了确定经济输送范围的方法 ， 比较分 析了不同电压等级的换流站造价 、 电缆造价 、 传输损耗 、 运行费用 、 总工程投资以及投资回报等经济 研究表明 ， 对于输送容 量 为 几 百 兆 瓦 的 柔 性 直 流 工 程 ， 考虑换 性指标 。 以典型柔性直流工程为例 ， 流站 、 电缆和环境等因素 ， 在输送容量和传输距离相同的情况下电压等级越高 ， 工程造价越小 、 运行 维护费用和传输费用越小 ； 考虑贷款本金 、 贷款方式 、 售电 量 、 投 资 收 益 和 内 部 收 益 等 多 方 面 因 素， 工程的电压等级越高 ， 柔性直流输电总工程投资越小 ， 投 资 回 收 期 也 越 短。因 此， 合理选择电压等 级能提高柔性直流输电系统的经济性 。 关键词 ：柔性直流输电技术 ；电压等级 ；工程造价 ；运行成本 ；投资回收
柔性直流输电技术简述
柔性直流输电技术介绍摘要：柔性直流输电技术是一种以电压源变流器、可关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。
与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有可控性高、设计施工方便环保、占地小及换流站间无需通信等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。
比较了几种新型的高压大容量电压源变流器的特点；分析了大规模多节点模块化多电平系统实时动态仿真技术的现状和难点；指出了柔性直流输电技术在多端直流输电领域应用的特点和难点。
介绍了欧洲、美国以及我国在柔性直流输电技术领域的应用规划。
分析表明发达国家对于柔性直流输电在可再生能源利用和智能电网发展中所起作用的极为重视，多条柔性直流输电线路在建或规划建设。
关键词：柔性直流，模块化多电平，变流器，风电场并网1 引言柔性直流输电技术（Voltage Sourced Converter, VSC）是一种以电压源变流器、可关断器件（如门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT））和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型直流输电技术。
国外学术界将此项输电技术称为 VSC-HVDC，国内学术界将此项输电技术称为柔性直流输电，制造厂商 ABB 公司与西门子公司分别将该项输电技术命名为 HVDC Light 和 HVDC Plus。
与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有可控性高、设计施工方便环保、占地小及换流站间无需通信等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。
随着大功率全控型电力电子器件的迅速发展，柔性直流输电技术在高压直流输电领域受到越来越广泛的关注及应用。
传统的低电平 VSC 具有开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、需要无源滤波器等缺点，而且存在串联器件的动态均压问题；多电平变流器提供了一种新的 VSC 实现方案。
它通过电平叠加输出高电压，逼近理想正弦波，输出电压谐波含量少，无需滤波设备。
2024年柔性直流输电市场发展现状
2024年柔性直流输电市场发展现状引言柔性直流输电（Flexible Direct Current Transmission，简称FDCT）作为一种新型的输电技术，具有多种优势，如高效、低损耗和灵活性等。
随着电力需求的不断增长和可再生能源的迅速发展，柔性直流输电市场正逐渐展现出巨大的潜力。
本文将对柔性直流输电市场的发展现状进行分析和探讨。
主要内容1. 柔性直流输电技术简介柔性直流输电技术是一种将输电线路由传统的交流形式转变为直流形式的技术。
该技术利用高压直流输电（High Voltage Direct Current，简称HVDC）系统，通过转换站将交流电转换为直流电进行输送。
相较于传统的交流输电方式，柔性直流输电可以实现更高效率和更远距离的电能传输。
2. 柔性直流输电市场发展趋势柔性直流输电市场正逐渐蓬勃发展，并且呈现出以下几个主要的发展趋势：•可再生能源促进发展：随着可再生能源的快速发展，如风能和太阳能等，柔性直流输电正成为将这些能源从产地输送到用电地点的理想选择。
柔性直流输电系统可以实现大规模清洁能源的长距离传输。
•输电效率提高：与高压交流输电相比，柔性直流输电系统的输电效率更高。
因为直流电在输送过程中的能量损失较小，可以大幅度降低电力传输过程中的能量损耗，提高输电效率。
•电网稳定性提升：柔性直流输电系统具备快速响应和调节电网负荷等特点，可以提高电网的稳定性。
在能源供需波动较大的情况下，柔性直流输电系统可以有效地平衡能源供给和需求，提高电网的可靠性和稳定性。
3. 柔性直流输电市场的挑战柔性直流输电市场的发展也面临着一些挑战，主要包括以下几个方面：•技术难题：柔性直流输电技术相对较新，还存在一些技术难题，如电能转换效率、电气设备可靠性和环境适应能力等问题，需要进一步解决和改进。
•经济可行性：虽然柔性直流输电具有诸多优势，但是其建设和运营的成本相对较高，需要对投资回报作出准确评估，以确保项目的经济可行性。
柔性直流输电技术简述
柔性直流输电技术介绍1引言柔性直流输电技术（Voltage Sourced Converter,VSC）是一种以电压源变流器、可关断器件（如门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT））和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型直流输电技术。
国外学术界将此项输电技术称为VSC-HVDC，国内学术界将此项输电技术称为柔性直流输电，制造厂商ABB 公司与西门子公司分别将该项输电技术命名为HVDC Light和HVDC Plus。
与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有可控性高、设计施工方便环保、占地小及换流站间无需通信等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。
随着大功率全控型电力电子器件的迅速发展，柔性直流输电技术在高压直流输电领域受到越来越广泛的关注及应用。
传统的低电平VSC具有开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、需要无源滤波器等缺点，而且存在串联器件的动态均压问题；多电平变流器提供了一种新的VSC实现方案。
它通过电平叠加输出高电压，逼近理想正弦波，输出电压谐波含量少，无需滤波设备。
自1997年赫尔斯扬试验工程投入运行以来，柔性直流输电技术迅速发展，目前已有13项工程投入商业运行，最高电压等级已达±200kV，最大工程容量达到400MW，最长输电距离为970km。
通过各个领域专家的不断创新和工程建设运行经验的不断积累，柔性直流输电技术作为一种先进的输电技术已具备大规模应用的条件。
图1两端VSC-HVDC系统典型结构图2008年12月，“柔性直流输电关键技术研究与示范工程”作为国家电网公司的重大科技专项正式启动。
该工程联接上海南汇风电场与书院变电站，用于上海南汇风电网并网，是中国首条柔性直流输电示范工程。
该工程由中国电力科学研究院开发，负责接入系统设计、设备供货及工程实施等工作。
2柔性直流输电技术的研究现状2.1高压大容量电压源变流器技术2.2.1模块化多电平变流器（Modular Multilevel Converter,MMC）模块化多电平变流器可以有效降低交流电压变化率，其拓扑结构如图2所示。
柔性直流输电
柔性直流输电一、概述（一）柔性直流输电的定义高压直流（HVDC输电技术始于1920年代，到目前为止，经历了3次技术上的革新，其主要推动力是组成换流器的基本元件发生了革命性的重大突破。
第一代直流输电技术采用的换流元件是汞弧阀，所用的换流器拓扑是6脉动Graetz桥, 其主要应用年代是1970年代以前第二代直流输电技术采用的换流元件是晶闸管，所用的换流器拓扑仍然是6脉动Graetz桥，因而其换流理论与第一代直流输电技术相同，其应用年代是1970年代初直到今后一段时间。
通常我们将基于Graetz桥式换流器的第一代和第二代直流输电技术称为传统直流输电技术，其运行原理是电网换相换流理论。
因此我们也将传统直流输电所采用的Graetz桥式换流器称为“电网换相换流器”，英文是“ LineCommutatedConverter ”，缩写是“ LCC 。
这里必须明确一个概念，有人将电流源换流器（CSC与电网换相换流器（LCC混淆起来，这是不对的。
LCC属于CSC但CSC的范围要比LCC宽广得多，基于IGBT构成的CSC目前也是业界研究的一个热点。
1990年，基于电压源换流器的直流输电概念首先由加拿大McGill大学的Boon-TeckOoi等提出。
在此基础上，ABB公司于1997年3月在瑞典中部的Hellsjon 和Grangesberg之间进行了首次工业性试验（3MW/± 10kV），标志着第三代直流输电技术的诞生。
这种以可关断器件和脉冲宽度调制（PWM技术为基础的第三代直流输电技术，国际权威学术组织国际大电网会议（CIGRE和美国电气和电子工程师协会（IEEE），将其正式命名为“ VSGHVDC，即“电压源换流器型直流输电”。
2006年5月，由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召幵“轻型直流输电系统关键技术研究框架研讨会”，会上，与会专家一致建议国内将基于电压源换流器技术的直流输电（第三代直流输电技术）统一命名为“柔性直流输电”。
风电并网中的柔性直流输电技术分析
风电并网中的柔性直流输电技术分析与以往工作不同的是，风电并网的工作开展时，一定要在稳定性方面做出较大的努力，应尽量减少各种不良因素的作用，从多个方面保证各项工作的开展可以按照预期来执行。
柔性直流输电技术在现阶段的研究当中，不仅将以往的技术作为对比，同时还在技术的优势研究上比较深入，希望由此来在风电并网过程中，提供更多的帮助。
一、柔性直流输电系统（一）柔性直流输电技术的特点分析对于风电并网而言，虽然自身具备的积极作用比较突出，可是在很多工作的开展上，都不能从传统的角度来出发，应在多个方面保证柔性直流输电技术得到有效的应用，减少强制性的错误操作，保证各项工作的落实能够得到预期的效果。
分析认为，柔性直流输电技术的特点主要是集中在以下几个方面：第一，柔性直流输电技术的实施，自身是一种将可关断电力电子器件引入直流输电领域的新型直流输电技术。
该项技术的操作过程中，主要选择的设备，表现为具有自关断能力的全控型半导体器件IGBT所构成的电压源变流器，该项设备可以将常规的设备更好取代，相比基于半控晶闸管器件的直流电源变流器而言，柔性直流输电技术的设备在性能上更加优秀。
第二，从电网技术的使用上来分析，柔性直流输电技术在落实以后，能够将独立的控制有功能力、独立控制无功能力更好的发挥出来，针对潮流的反转而言，能够在较短的时间内实现。
这样一来，就可以更好的提高交流系统的输电能力，同时在功角的稳定性方面也取得了较大的提升。
一般而言，柔性直流输电技术在应用到风电并网的工作以后，能够在很短的时间内恢复供电，在黑启动方面，以及向无源电网供电方面，也得到了较好的效果。
第三，柔性直流输电技术在实施以后，对经济上的影响较大，对环境上的影响较小。
多数地方在操作柔性直流输电技术时，仅仅需要占有很小的土地面积，在相关工作的施工工期上也表现较短，该项技术所产生的电磁干扰并不高。
（二）柔性直流输电系统运行方式对于柔性直流输电技术而言，其在使用的过程中，主要是借助于相关的系统来完成的。
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1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。
柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。
2. 柔性直流输电技术的优点。
柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。
此外，柔性输电还具有一些自身的优点。
（1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。
保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。
（2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。
功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。
（3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。
（4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。
3. 柔性直流输电技术的缺点。
系统损耗大（开关损耗较大），
不能控制直流侧故障时的故障电流。
在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。
可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。
三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比
1. 换流器阀所用器件的对比。
（1）常规直流输电采用大功率晶闸管，由于晶闸管是非可控关断器件，这使得在常规直流输电系统中只能控制晶闸管换流阀的开通而不能控制其关断，其关断必须借助于交流母线电压的过零，使阀电流减小至阀的维持电流以下才行。
（2）柔性直流输电一般采用IGBT阀，由于IGBT是一种可自关断的全控器件，即可以根据门极的控制脉冲将器件开通或关断，不需要换相电流的参与。
2. 换流阀的对比。
（1）常规直流输电系统中换流阀所用的器件是大功率晶闸管和饱和电抗器，可以输送大功率。
（2）柔性直流输电系统中的换流阀采用了IGBT器件，可实现很高的开关速度，在触发控制上采用PWM技术，开关频率相对较高，换流站的输出电压谐波量较小，主要包含高次谐波。
故相对于常规直流输电，柔性直流输电换流站安装的滤波装置的容量大大减小。
（3）常规直流输电通过换流变压器连接交流电网，而柔性直流输电是串联电抗器加变压器，常规直流输电以平波电抗器和直流滤波器来平稳电流，而柔性直流输电则采用直流电容器。
3. 换流站控制方式的对比。
（1）常规直流输电系统的换流站之间必须进行通信，以传递系统参数并进行适当的控制，而柔性直流输电系统中各换流站之间的通信不是必需的。
（2）功率反向输送能力的对比。
柔性直流输电系统在潮流反转时，只需改变电流方向，而直流电压极性不变，功率反向时系统不停运，这使得柔性直流输电系统改变功率方向时，两端换流站的控制策略不变，更不需要投切交流滤波器或闭锁换流器。
而常规直流输电改变功率方向时需要改变电压极性，而直流电流极性不变，功率反向时，换流站需退出运行，改变控制策略，并且需要对滤波器和无功补偿设备的投切情况进行实时判断。
（3）对交流网络的依耐性方面的对比。
柔性直流输电不需要依靠交流系统的能力来维持电压和频率稳定，无需无功补偿，换流器自身可提供无功功率。
而常规直流输电要求受端交流系统具有足够的短路容量，需要外加的换相容量，不能向无源或弱网络送电。
（4）有功和无功功率控制方面的对比。
柔性直流输电的有功、无功可以独立控制。
常规直流输电的有功、无功不能独立控制，调节无功需要特殊装置和额外费用，需交流系统或增加无功补偿设备提供换流站消耗的无功功率。
（5）电压控制方面的对比。
柔性直流输电本身可以起到STATCOM 的作用，稳定交流母线电压，而常规直流输电需要借助无功补偿设备稳定交流母线电压。
（6）黑启动能力方面的对比。
柔性直流输电有黑启动能力。
即当一端交流系统发生电压崩溃或停电时，瞬间启动自身的参考电压，向切除电源的交流系统供电，相当于备用发电机，随时向瘫痪的电网供电。
而常规直流输电无黑启动能力 (077)
3轻型直流输电相对于传统直流输电的优势
轻型直流输电技术采用基于IGBT和PWM技术的VSC，与传统的直流输电系统相比，具有多方面的特点与优势：
(1)传统直流输电主要运行于较大的功率范围，约250 MW以上。
而新能源发电的一个主要特点是分散化与小型化，轻型直流输电输送的功率可以从几兆瓦至几百兆瓦，在新能源发电方面将更有优势。
(2)传统直流输电采用自然换向的相控换流器(PCC)。
由无自关断能力的晶闸管组成。
而轻型直流输电中VSC电流能够自关断，可以工作在无源逆变方式，不需要外加的换向电压，故对受端系统没有要求，从而克服了传统直流输电受端必须是有源网络的根本缺陷，使利用直流输电为远距离的孤立负荷送电成为可能。
(3)轻型直流输电系统采用PWM控制技术，IGBT开关工作在高频状态下使得系统的滤波设备大大减小，从而减小了换流站的占地面积，并且只需要低通滤波即可得到设定的交流电压和电流。
可不用变压器。
从而降低造价。
(4)VSC换流器适合进行多端直流母线连接，通过换流站之间的协调控制。
传统直流输电需要靠改变直流电压极性来改变直流电流方向，而轻型直流输电是通过改变送、受端的直流电压大小来改变直流电流的方向，能够更方便、更快速地实现潮流反转。
(5)轻型直流输电不依赖于交流系统维持电压和频率的稳定，运行独立，与传统直流输电相比，短路容量并不重要，从而不影响交流系统继电保护的整定。
(6)整流侧和逆变侧的VSC控制系统可以彼此独立控制，不依赖于通信连接，从而减少通信的投资及运行维护费用，同时也降低了传统直流输电交流通信失败的危险。
(7)传统直流输电对功率的控制可以通过滤波器和串联电抗器的通断来控制，但是这种控制需要额外的设备和额外的损耗，轻型直流输电可以独立控制有功功率和无功功率，控制更加灵活方便。
(8)多个VSC可以接到一个固定极性的直流母线上，易于构成多端直流系统，运行控制方式灵活多变。
(9)VSC换流器产生的谐波大为减弱，因此只需在交流母线上安装一组高通滤波器即可满足谐波要求；同时，对无功功率的需要也大大减少，可不装设换流变压器，从而简化开关。
另外，轻型直流输电系统即使对小容量系统或无源负荷供电，VSC换流器也不会发生换相失败问题，从而避免了受端系统出现持续几个周期的短时电源中断。
提高了受端系统的电能质量。