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摘要：柔性直流输电技术和传统直流输电相比具有换流站占地面积小，谐波含量低，不需要无功补偿，能自消除故障等优势，能够有效解决传统直流输电存在的弊端。通过对柔性直流输电的接线特点、控制方式、在我国实践应用的情况以及柔性直流输电未来在我国电力能源输送的趋势进行了深入探讨，表明了柔性直流输电技术作为新一代直流输电技术在我国各种传统输电模式下已经取得了优势，在克服当前存在的技术瓶颈和难题后将是我国输电模式的必然选择，对我国电网的发展具有十分重要的意义。
关键词：柔性直流输电；控制方式；实践应用；探讨分析
引言
我国电网的输电模式由先期的交流供电模式，到逐渐扩展增加直流输电模式，最后发展到交流和直流并肩共同发展的模式，直流输电虽然在我国起步较晚但是发展较快，其能够减少线路投资费用、降低线路损耗和减少线路故障发生，特别适合我国西电东送长距离的能源供应模式，但是自身谐波大和技术难度高的情况初期又限制了直流输电的发展。随着技术人员对直流输电的研究和摸索，一种能够减少直流输电中的谐波含量，不需要无功功率补偿，方便组成多端供电系统的柔性直流供电技术就被广泛应用起来。下面就对柔性直流供电的技术和发展进行探讨。
1柔性直流输电接线特点
当前我国一些小容量传输以及早期建设的柔性直流电主要应用换流器技术的是两电平模式或者三电平模式，这种模式的柔性直流电的接地方式是在中性点直接接地，是一种单极对称方式；另一种当前较为先进的多电平的柔性电网是在交流部分接地，但也是单极对称方式。这两种模式下的柔性直流电网没有故障的情况下是不会有电流流过接地点的[1]。柔性直流电网还有一种单极不对称方式，单极对称情况下的换流阀的电压承受水平是单极不对称方式的一半。在柔性直流系统中还有一种双极对称系统，它是将两个单极不对称系统串接在一起组成的，这种方式比前面单一的模式能提高系统容量和电压，特别适合大负荷、长距离输电。并联的系统连接方式是多端柔性直流输电的主要方式，主要表现为星形和环形两种形式，这样能让换流器在相同的电压下进行工作，同时能让输电线路的电阻损耗降低，还具有今后线路改扩建的方便灵活性。
2柔性直流电网的控制
如图1所示，换流站的控制系统和换流阀控制系统共同组成了柔性直流输电的控制系统，这些控制系统能够在日常运行中对电网的各个环节进行控制，同时能在发生故障情况下跳开故障线路，保护其他输电系统。在多电平柔性直流电网中换流阀控制系统是传统直流输电系统所没有的，也是极为困难复杂的。当站级控制器发出命令让换流阀的的模块进行动作和让换流阀的保护模块动作时，都需要换流阀控制系统对命令信号收集、汇总、判断、执行，这完整的一套过程都需要阀极控制系统在纳秒完成，这样才能让柔性直流电网的控制命令和信号反馈的实时性[2]。柔性直流电网的保护和传统电网的保护作用是一样的都是保护系统中所有设备不受故障部分的影响安全运行，在系统发生故障的情况下，要以最短的时间甩掉系统中出现故障的线路或者失败，以确保电网整体运行的的安全。和传统保护装置一样要满足基本的四性（可靠性、灵敏性、选择性、速冻性），同时要充分考虑直流输电保护装置可维修性和可控性。多电平和三电平（或两电平）的换流器继电保护配置方面总体上一样，区别重点是是在的继保分区和继保算法上。
3柔性直流输电在实践中应用的情况
柔性直流输电能适用于复杂的供电环境，例如大规模风电场和太阳能发电能受自然环境随动性的影响导致这些发出的电能电压和功率波动性较大，同时还伴有谐波污染，柔性电网特有的电气结构能大量容纳这些质量不高，甚至影响整体电网的电能，提高了新能源发电的电能质量。由于柔性直流输电能够在远距离供电方面的比传统直流、交流供电省去了无功补偿设备和线路建设造价费用较低，因此在远距离供电方面极具有优势[3]。在向重要负荷和大型城市供电方面，柔性直流供电自身的电能质量较高对重要负荷是优质电能，同时能够对整个城市电网有效控制系统无功和有功，大大提高了城市电网和特别重要负荷的安全性、稳定性。同时柔性直流供电的换流站占地面积小，适合目前城市中有限的土地供应，还能够尽可能靠近城市中心，减少线路上的电能损耗。在城市供电中柔性直流电网的电缆可以直埋入城市地下，没有磁场干扰有不用影响城市建设和环境建设，对城市供电负荷需求增加时的增容改造也是极为方便的能尽快满足城市电力需求。在我国沿海的海岛供电、大型石油钻井平台供电和风电场能源外送方面，柔性直流输电的自换相技术是传统直流供电所没有的，极大地提高了这些偏远地区的供电安全性。
4我国柔性直流电网的发展趋势
柔性直流输电在技术上和费用上的优势极大地促进了柔性直流输电在市场上的快速壮大，同时又发过来刺激柔性直流输电技术的更快进步。从当前国内柔性直流电网的技术发展和工程建设上来看，特高压柔性输电技术、大容量柔性电网和柔性电网互联技术是柔性电网未来发展的趋势从技术上角度分析，直流输电电缆的绝缘耐压等级和双极型晶体管设备技术的发展限制了柔性直流电网未来上升空间。因此要加大容量更大的直流电子器件、直流绝缘电缆和直流电网拓扑应用的研究。我国的柔性直流输电技术从早期±30kV容量只有18MW的南汇风电场开始，经历了南澳±160kV多端柔性直流电网、舟山±200kV五端柔性直流输电工程、厦门±320kV双极接线柔性直流输电示范工程、鲁西柔直和常规直流组合示范工程最后到张北±500kV柔性直流输电示范工程，我国的柔性直流电网已经走在了世界柔性直流电网的前沿。应该看到，当前我国与世界的柔性直流电网还是起步阶段，柔性直流供电设备的标准化，柔性电网工程建设和运行的规范化，直流智能电网的控制和故障分析检测技术，电网继电保护装置和技术，等核心技术和装备还没有解决。当前柔性电网的实践应用和技术问题，主要是多端直流电网通过新的换流器拓扑结构解决直流线路故障的故障隔离问题，换流器拓扑结构的优化与改进是当今世界对柔性直流输电的热点问题，混合拓扑方案、全桥拓扑方案和钳位双子模块拓扑方案都是当今科技前沿对柔性直流电网降低故障电流，实现故障自清除进行的全新热点探索。直流输电的硬件设备的提升也是当前柔性直流输电的瓶颈和要克服的难题。在重要的输电设备直流断路器上，瑞士ABB公司已经生产出开断电流16kA，电压320kV直流断路器，我国张北±500kV柔性直流输电示范工程的开工建设，带动了电气设备公司对500kV直流断路器的相关研究，预计2~3年会有相应产品产出。断路器硬件设备提升的同时还要解决柔性直流输电在不同电压下互联问题，这就要求我们要生产高性能的直流变压器，新疆特变公司已经开始相关研究，但是成熟产品的推出还需要一定时间。
5结语
我国大规模的经济建设和国家能源安全都需要大规模、高质量的输配电网络进行保障，建设安全、智能、无污染、可拓展、大容量的直流输配电网络，是我国直流输电行业的共同目标。柔性直流输电技术以其有功无功独立调节、无源供电能力以及易于构建直流电网等特点，是满足当前社会用电需求的必然趋势。风力发电、太阳能发电和地热能发电等清洁能源占我国能源供应总量的比例不断增加，柔性直流输电方式又是这些清洁能源的最佳选择。同时，建设柔性直流电网有助于我国电力能源结构的优化组合，也能够防范大规模风电、太阳能等不稳定电源接入引起的电压波动，未来几年将是我国柔性直流电网建设和发展的黄金阶段，随着用电需求的不断提升和国家西电东送能源规划发展下，长距离、大容量输电项目选用柔性直流输电替代传统交、直流输电是大势所趋。
参考文献
[1]郝为瀚.海上平台柔性直流换流站工程应用方案研究[J].南方能源建设，2017（1）：65-68.
[2]张峻榤，向往，林卫星.基于混合型MMC和直流开关的柔性直流电网直流故障保护研究[J].电力建设，2017（8）：52-56.
[3]李斌，何佳伟，冯亚东，等.多端柔性直流电网保护关键技术[J].电力系统自动化，2016，42（3）：1-5.
作者:刘涛 单位:太原理工大学电气与动力工程学院 国家电网山西电力公司检修分公司