柔性直流输电的优势

知识点：多端柔性直流输电系统

柔性直流输电技术是采用IGBT等全控器件，并以换流阀调制技术为基础的一种高压直流输电技术。VSC可以达到控制换流站输出电压幅值和相位的效果，进而可以控制换流站与交流系统之间有功功率和无功功率的交换。从交流系统的角度来看，VSC可以等效成一个无转动惯量的电动机或发电机，几乎可以瞬时地在PQ平面四个象限内实现有功功率和无功功率的独立控制，这是VSC的基本特性之一。目前VSC-HVDC已经在风电场的并网，电网互联，孤岛和弱电网供电，以及城市供电中发挥了重要的作用。柔性直流输电主要分为两电平柔性直流输电和模块化多电平柔性直流输电技术（MMC），且MMC由于其低损耗，易维护等特性，将逐渐成为柔性直流输电的主要输电形式。

首先，相对高压交流输电，直流输电的优势大家都比较清晰了，主要就是直流输电在稳定性和经济性上存在着很大的优势，不再赘述。

其次，相对于LCC，得到对比结果如下表所示：

由以上对比可以看出柔性直流输电的优势：

（1）VSC-HVDC可以快速的实现潮流的反转，而不必改变电压的极性，所以更容易多换流站的连接，进而可以实现多端直流输电；

（2）VSC-HVDC可以向弱系统和无源系统供电，适合于新能源并网，不需要火电机组支撑；LCC需要连接有足够大短路容量的交流电网才能正常运行，因此，无法实现向弱系统和无源系统供电；

（3）VSC-HVDC没有换相失败的问题，降低了直流故障；

（4）VSC-HVDC的有功和无功可以独立控制，控制形式更加灵活多样，满足实际运行要求；

（5）VSC-HVDC更容易实现模块化，维修维护方便快捷。

但是，柔性直流输电的缺点也很突出：

（1）首先，受器件额定功率的影响，柔性直流输电的输电容量比LCC低，比高压交流输电低更多；

（2）由于柔性直流输电的低惯性特点，故障发展速度极快，所以需要超高速的保护与之配合，包括直流断路器等直流器件的应用；

（3）多端柔性直流输电，控制灵活性高，同时也带来了控制系统复杂的特点，尤其是多端柔性直流输电的控制更为复杂；

(4)柔性直流输电的电磁暂态模型和机电暂态模型都有很大的改进空间。

而且，从目前相关学者的研究来看，柔性直流输电也存在一下几个问题：

（1）当柔性直流输电连接弱系统时存在着稳定性问题，换流站的输送功率会受限；

（2）多端柔性直流和直流电网的控制方式，以及不同控制方式下的故障特性都还需要进一步研究，端数越多控制运行越复杂；

（3）直流断路器和直流变压器在技术上和经济上有待进一步发展。

可靠性方面，就目前来看柔直的可靠性高。首先柔直不存在换相失败的特点，其次现有的柔直输电都采用直流电缆，直流线路故障率低。若柔直采用架空线的输电方式，则为了应对直流线路故障，柔性直流输电应采用直流断路器，以此来提高柔性直流输电的可靠性，但同时由于直流断路器的价格昂贵，所以经济性上欠缺。

我看以上两位同学都提到了张北柔直电网，我也了解一点。张北柔直电网是四端环网，环网提高了输电的可靠性，这点毋庸置疑。这也是世界首个直流电网，采用了架空线和直流断路器，是对直流电网的首次尝试，但是距离直流电网的大范围应用还有相当的距离。因为端数越多，控制越复杂，直流断路器和直流变压器等直流设备的研制还不成熟，直流电网的运行准则和保护准则都没有一个统一的规范，这些都需要进一步的去探索。

就目前的技术手段来看，柔直并不是高压直流输电的必然选择。应该根据实际工程需要，结合不同输电方式自身的特点，来选择合适的输电方式。在大力提倡新能源发电的今天，柔直是新能源并网的一个重要手段，也会是今后研究的一个重点，随着技术的进步，柔直会成为一种主要的输电手段。

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