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。项目包括两个直流换流站和8千米直流输电线路，额定运行容量为1.8万千瓦，直流额定电压为±30千伏，直流额定电流为300安。

2010年年底，南风换流站正式开工建设。一个月后，柔性直流输电可关断器件阀多层级子模块串联、高频宽范围特性分析及电磁兼容设计模块化多电平换流器试验方法研究等关键技术上取得了重要突破，获得了多项拥有完全自主知识产权的重大成果。2011年5月3日，上海南汇风电场柔性直流输电示范工程顺利完成工程整体试运行;2011年7月25日，上海南汇风电场柔性直流输电示范工程正式投入运行。中电普瑞电力工程有限公司承担了该工程的总集成及技术总负责，并研制开发了具有国际先进水平的全套换流阀、阀基控制器及控制保护系统等核心装备。工程的顺利投运，标志着国家电网公司成为继ABB、西门子之后，世界第三家具备柔性直流输电系统总成套能力的企业。

“双车道”：多项世界之最

福建厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程在世界上首个采用真双极接线，额定电压和输送容量双双达到国际之最。2014年7月21日，厦门柔性直流工程开工建设。工程额定电压±320千伏，输送容量1000兆瓦，工程新建岛外浦园换流站(送端)、岛内鹭岛换流站工程(受端)两座±320千伏换流站及±320千伏彭厝—湖边柔性直流线路工程，直流线路总长10.7千米，全部为陆缆，采用1800平方毫米大截面绝缘直流电缆敷设，通过厦门翔安海底隧道与两座换流站连接。工程采用真双极接线，与交流输电线路、伪双极接线柔性直流输电线路相比，运行方式更灵活、可靠性更高。真双极接线就像高速公路双车道，A道和B道并列承载交通流量，如果任意一个车道损坏，另一车道还是可以正常通车。

2015年12月17日，示范工程正式投运。工程投运后，能有效增强厦门地区电网网架结构，不仅可以补充电力缺额，满足负荷增长需求，还具备动态无功补偿功能，有力地提高了电网的供电可靠性、输电能力和稳定运行水平。工程的建成投运，标志着我国全面掌握高压大容量柔性直流输电工程设计、设备制造、工程施工调试、运营等关键技术，具备工程成套能力，对于进一步提高我国直流输电技术水平和电力装备制造水平具有重要意义，为更高、更大输送容量柔性直流输电工程的建设提供了可复制、可推广的经验。

大容量：绿色奥运欢迎你

张北柔性直流电网试验示范工程于2017年12月14日获得国家发改委核准批复，计划于2020年6月建成投产，对支撑低碳和绿色奥运具有重要意义。2018年2月28日，张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程开工动员大会在北京召开。该工程是世界上首次提出并建设具有网络特性的直流电网工程，是目前世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流电网工程，是世界上首次采用高电压(±500千伏)、大电流(25千安)、高速直流断路器作为架空线故障清除设备的工程。该工程由4座柔性直流换流站、4条直流架空线路组成，总换流容量900万千瓦，构建起输送大规模风电、光伏、抽蓄等多种能源的4端环形柔性直流电网。分别在张家口市康保县、张北县建设2座±500千伏送端柔性直流换流站，在承德市丰宁县建设1座±500千伏调节换流站，在北京建设1座±500千伏受端柔性直流换流站，4条直流架空线路分别为张北—康保、康保—丰宁、丰宁—北京和北京—张北±500千伏直流架空线路，总长654.2千米。

国网冀北电力有限公司以建设张北可再生能源柔性直流电网工程为契机，通过示范应用柔性直流输电等先进技术，积极构建大规模新能源安全智能外送新路径，提升电网接纳和配置多种能源的能力。工程的建设对于试验示范柔性直流电网技术，实现弱送端条件下新能源大规模送出，提高电力系统安全稳定水平，推动张北可再生清洁能源的送出与消纳，满足张家口可再生能源综合示范区建设需要意义重大。工程将会推动大容量柔性直流换流阀、高电压等级直流断路器、控制保护系统等柔性直流电网关键设备的自主研发，提升我国电力装备制造水平，为我国大规模应用柔性直流输电技术积累技术与运行经验。

【你知道吗?】

2003年，美国东北部地区发生大停电事故，电网采用的柔性直流输电系统提供了必要的电压和频率支持，帮助电网系统快速恢复了供电。

柔性直流输电技术未来发展方向：1.高电压大容量。特高压大容量柔性直流输电系统未来将成为解决大规模可再生能源并网问题的一个重要手段。2.架空线应用。已投运的柔性直流输电工程均由电缆来传输电能，但电缆会大大增加工程投资，未来柔性直流输电技术的发展将逐渐趋于架空线应用。3.成本逐渐降低。未来随着IGBT器件的国产化逐步成熟，柔性直流系统的造价将进一步降低。

本版内容来源于《电网新技术读本》、国网上海市电力公司、国网福建省电力有限公司、国网冀北电力有限公司、中国电力科学研究院、中电普瑞电力工程有限公司等，王靖、林丽平、王彦、金雍奥、熊雄、张东岳对本文有贡献。