柔性直流輸電技術(shù)探析

康美金

摘 要：柔性直流輸電技術(shù)是輸電技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物。該技術(shù)在傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了更大的突破，具有很多突出優(yōu)勢，更加適合現(xiàn)代社會輸電要求，對于我國建立“西電東輸，南北互供”的電力格局具有十分重要的作用。文章圍繞柔性直流輸電技術(shù)相關(guān)問題進(jìn)行探討，分析了柔性直流輸電技術(shù)的特性優(yōu)勢，介紹了柔性直流輸電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的重要作用，最后對柔性直流輸電技術(shù)在我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化中發(fā)揮的重要特性進(jìn)行了重點(diǎn)闡述。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)直流；柔性直流；優(yōu)點(diǎn)

引言

在電能為人類使用的最初階段，直流輸電是其傳輸方式。由于當(dāng)時技術(shù)水平較低，電壓不能轉(zhuǎn)換，直流輸電距離十分有限。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，交流輸電逐漸成為了輸電方式的主流。直至上個世紀(jì)三十年代，人們發(fā)現(xiàn)直流輸電在遠(yuǎn)距離高電壓大容量輸電方面的重要作用，特別是汞弧閥換流器的出現(xiàn)，更是使得直流輸電成為電路輸送主流方式成為了可能。

1 柔性直流輸電具有的技術(shù)優(yōu)勢

柔性直流輸電技術(shù)是在傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。該技術(shù)在直流輸電的原有優(yōu)勢之外，更具有有功無功單獨(dú)控制、可以黑啟動HJ、對系統(tǒng)強(qiáng)度要求低、響應(yīng)速度快、可控性好、運(yùn)行方式靈活等特點(diǎn)。大容量高電壓柔性直流輸電在我國經(jīng)歷了較長時間的發(fā)展，目前各項(xiàng)技術(shù)條件已經(jīng)達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求，是我國電力系統(tǒng)今后發(fā)展的一個重要方向。柔性直流輸電具有的技術(shù)優(yōu)勢主要有以下幾個方面。

（1）柔性直流輸電系統(tǒng)可同時對有功功率和無功功率進(jìn)行調(diào)整控制，在交流系統(tǒng)發(fā)生異常情況時，可根據(jù)具體情況選擇有功功率或無功功率進(jìn)行補(bǔ)充，在保證系統(tǒng)功率穩(wěn)定的同時實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓的可控。（2）當(dāng)系統(tǒng)潮流出現(xiàn)反轉(zhuǎn)情況時，柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓極性會保持原狀，這對于提高潮流的可控性和并聯(lián)多端直流系統(tǒng)可靠性非常有利，從而實(shí)現(xiàn)多端之間的潮流自由控制。（3）柔性直流輸電技術(shù)可以對交流側(cè)電流進(jìn)行有效控制，從而最大限度防止系統(tǒng)短路功率的增多。（4）和傳統(tǒng)直流輸電方式相比，柔性直流輸電技術(shù)吸收利用多電平技術(shù)，系統(tǒng)無需設(shè)置濾波裝置即可正常工作，使得系統(tǒng)對土地的占用面積大幅減少。（5）采用柔性直流輸電方式，有利于各換流站間的通訊需求，各站可通過直流線路向?qū)Χ顺潆姡⒏鶕?jù)直流線路電壓的具體情況實(shí)施針對性的控制方式。（6）采用柔性直流輸電技術(shù)，有利于提高電網(wǎng)故障后的恢復(fù)速度。（7）和傳統(tǒng)直流輸電方式相比，柔性直流輸電技術(shù)藉由使用無源逆變方式，避免了受端必須為有源網(wǎng)絡(luò)的限制條件，從而具有無源系統(tǒng)供電能力。

2 柔性直流輸電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的主要應(yīng)用

柔性直流輸電技術(shù)在原有直流輸電技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了很大的突破，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)輸電方式的缺陷和弱點(diǎn)，應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，現(xiàn)階段已經(jīng)在電力系統(tǒng)多個領(lǐng)域中獲得了良好的應(yīng)用效果。其主要應(yīng)用有以下幾個方面。

（1）在多個小型發(fā)電廠之間起連接作用?，F(xiàn)代社會，環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)和能源緊張壓力的加大，推動了新型清潔能源的快速發(fā)展。由于當(dāng)前新型清潔能源裝機(jī)容量規(guī)模普遍不大，同時，由于技術(shù)瓶頸問題的影響，供電質(zhì)量水平也較低，再加上清潔能源，比如水電廠、風(fēng)電場（含海上風(fēng)電場）、潮汐電站、太陽能電站等電廠設(shè)施多數(shù)遠(yuǎn)離主網(wǎng)，如果使用交流模式進(jìn)行連接，技術(shù)難度較大，經(jīng)濟(jì)成本較高，不利于大面具推廣。而使用柔性直流輸電技術(shù)，可以在避免上述問題和缺陷的同時在主網(wǎng)和清潔能源電站間實(shí)現(xiàn)良好的連接，供電質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性得到足夠的保障。（2）異步聯(lián)網(wǎng)。柔性直流輸電技術(shù)能夠協(xié)調(diào)不同頻率或相同頻率的交流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)非同步運(yùn)行。（3）今后城市輸配電網(wǎng)的主要形式。隨著城市發(fā)展規(guī)模的不斷增加，原有配電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足城市生產(chǎn)、生活的用電需要，同時，現(xiàn)有的大中型城市空中輸電線路發(fā)展空間有限，不能進(jìn)行較大的擴(kuò)容。在這種形勢下，使用柔性直流輸電方式對城市中心區(qū)域進(jìn)行電力輸送，就成為今后城市輸配電網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展方向。（4）為海上電力設(shè)施提供電力服務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的足跡從陸地逐漸擴(kuò)展到海上。越來越多的人工海上建筑建成并投入使用。這類海上建筑還有海島等地區(qū)，遠(yuǎn)離陸地，難以進(jìn)行常規(guī)輸配電，通常使用柴油機(jī)或天然氣進(jìn)行發(fā)電，不僅成本很高，污染環(huán)境，而且電力質(zhì)量難以保障。使用柔性直流輸電技術(shù)，可以較好地解決這個問題，并將剩余的電能（如用石油鉆井產(chǎn)生的天然氣發(fā)電）反送給系統(tǒng)。（5）促進(jìn)配電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量的提高。柔性直流輸電系統(tǒng)具有同時控制電網(wǎng)有功功率和無功功率的能力，可以在交流系統(tǒng)電壓保持穩(wěn)定的前提下保證系統(tǒng)供電質(zhì)量。根據(jù)這一特性，柔性直流輸電技術(shù)越來越多地應(yīng)用到配電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量改善中去。

3 柔性直流輸電技術(shù)在我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的重要作用

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的飛速發(fā)展，人們生活水平大幅提高。與此同時，大氣污染、水體污染、土壤污染、氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)等環(huán)境問題日漸嚴(yán)重，尤其是霧霾天氣更是直接危害到中東部地區(qū)人們的生命健康。經(jīng)過長時間的研究和大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析，人們發(fā)現(xiàn)，大氣問題的主要原因在于我國以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。要改善大氣質(zhì)量，就必須調(diào)整我國當(dāng)前能源供給方式，將以煤為主的能源供給方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐噪姙橹鞯哪茉聪姆绞健Ｓ捎谧匀灰蛩?，我國各類發(fā)電廠，包括傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電、處于發(fā)展中的水力發(fā)電乃至新型的風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電等電力中心大多分布于我國西南部、西北部和北部地區(qū)，而用電需求較大的地區(qū)則位于我國中東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，能源和負(fù)荷中心地理距離極遠(yuǎn)，電力輸送工作壓力很大。要適應(yīng)我國能源中心和負(fù)荷中心分布差距大，滿足國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的電力要求，實(shí)現(xiàn)從西部電力生產(chǎn)區(qū)域向東部電力負(fù)荷區(qū)域遠(yuǎn)距離大規(guī)模輸電，并保證電力質(zhì)量，就必須堅(jiān)持“電壓等級高、輸送容量大、送電距離長、運(yùn)行損耗小”的輸電原則。而這正是最能體現(xiàn)柔性直流輸電技術(shù)優(yōu)勢和作用的地方。

使用柔性直流輸電技術(shù)，除非換流站交流母線電壓歸零，電流一直存在，對潮流的大范圍轉(zhuǎn)移具有很好的防范效果，相較于傳統(tǒng)直流輸電線路，對交流系統(tǒng)的沖擊要小得多，是直流異步聯(lián)網(wǎng)的重要實(shí)現(xiàn)方式，妥善解決了傳統(tǒng)交直流并聯(lián)運(yùn)行可能引起交流系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)的問題。在遠(yuǎn)距離高壓大公路輸電方面，柔性直流輸電技術(shù)具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：一是正常運(yùn)行對無功補(bǔ)償需求低，系統(tǒng)無需再無功補(bǔ)償裝置上耗費(fèi)大量資金。二是不增加受端電網(wǎng)的短路電流水平，有效避免了因?yàn)槁潼c(diǎn)密集而引發(fā)的的交流線路短路電流超限問題。三是憑借柔性直流輸電技術(shù)，各大區(qū)電網(wǎng)間可以實(shí)現(xiàn)直流線路異步互連，妥善解決了強(qiáng)直弱交問題，對于交直流并列輸電系統(tǒng)防范大范圍潮流轉(zhuǎn)移引發(fā)的安全事故具有很好的積極作用。

4 結(jié)束語

綜上所述，柔性直流輸電技術(shù)對我國當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展需求具有高度的適用性，是我國輸電方式今后的主要發(fā)展方向。電力企業(yè)和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)要充分認(rèn)識到柔性直流輸電技術(shù)的優(yōu)勢和特點(diǎn)，深入推進(jìn)高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)的開發(fā)研究和應(yīng)用實(shí)踐，為我國能源體系結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化做出技術(shù)保障。

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