52 工程技术
柔性直流输电技术及其应用
王思仲
（东北电力大学，吉林 吉林 132000）
摘 要：随着科学技术的不断发展，柔性直流输电技术应运而生，并被电力企业看好，也在发达国家和一些发展中国家被采用。与其他输电技术相比，柔性直流输电技术具有的优势是实现了多种换流器技术优势的综合，增加了输用电的使用电量和安全性，其应用与发展前景更好。本文简要介绍了柔性直流输电技术及其在风电场与大城市电网中的应用及其优势。
关键词：柔性直流电流技术；应用；风电场；大城市电网；优点 DOI: 10.3969/j.issn.1671-6396.2015.10.013
1 引言
随着科学技术的不断发展，柔性直流输电技术作为新一代直流输电技术的进入，从发达国家到发展中国家都在以柔性直流输电作为构建智能电网的重要装备。与传统直流输电技术方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。因而，从发达国家到发展中国家都在注意研究和使用这项电网管理技术。特别是欧美地区，其柔性直流输电工程光是技术路线就已经有十几种，对于柔性直流输电技术的研究与发展积累了宝贵的经验。而我国关于柔性直流输电技术的研究与发展起步较晚，目前仍在努力进行理论研究，并进行了相关工程建设的尝试。
相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流输电中的换流器为电压源换流器(VSC)，其最大的特点在于采用了可关断器件(通常为IGBT)和高频调制技术。
柔性直流输电技术通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，可以地控制输出的有功功率和无功功率。这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。
目前，由ABB开发的IGBT串联与多模块混合式的柔性直流输电技术是柔性直流输电技术中的主流，通过这种技术实现了多种换流器技术优势的综合，其应用与发展前景较好。
2 柔性直流输电技术概述
柔性直流输电技术的研究与发展起源于上世纪90年代，至今该项技术已经基本成熟，并广泛应用于实践。最初的柔性直流输电技术采用的是2电平拓扑，其换流用国脉宽调制来实现，电压的稳定与滤波主要是利用并联在极限两端的电容器实现，电路的结构比较简单，电容器少，但是容易因为开关频率过低而导致输出波形有较大波形畸变，而开关频率较高又会导致换流器过度损耗。与基于
3 柔性直流输电技术的应用
3.1 风电场中柔性直流输电的应用
随着我国对资源需求量以及对节能环保的要求越来越高，绿色可再生能源与海底石油能源的开发得到了极大的发展。以风力发电为例，这种性质的发电属于典型的间歇性电源，采用柔性直流输电技术能够使其并网问题得到有效解决。
目前，我国大部分风电场还是采用普通固定转速异步发动机，对于电网干扰的敏感性非常高，并
中国西部科技 2015年10月第14卷第10期总第315期 且发电机本身是无法实现对无功功率的控制的，不能穿越故障，进而降低了发电厂并网电压的稳定性。而采用双馈异步发电机的风电场，在面对这一类故障时，一般是通过在转子中装设急剧短路保护装置，或者将换流器额定流量增加，通过对流入电网电流的控制来实现无功电压的控制。
为了提高风电场并网系统的效率、安全性以及可靠性，就要求风电场并网应遵循两方面原则，其一为故障穿越能力，其二为能够实现对有功功率的控制。风电场并网使用柔性直流输电技术的优势：（1）实现了换流站的自换相，不需要借助外部电压源也能运行，其电能传输也对同步调相机或其他方案没有要求；（2）实现了每侧交流电网的无功潮流的控制，当负荷发生变化时，过滤器和其他无功功率补偿装置所需的负载变化是不需要的；（3）实现了对有功与无功的控制。使风电场输出功率波动引发的电压波动问题得到缓解，为电能质量提供了强有力的保障。
3.2 大城市电网中柔性直流输电的应用
我国特大型城市的供用电既关系到国家的生产和建设，又涉及到民生，一直以来被国家高度重视，也被民众广泛关注，更是电力企业提高经营管理效益的注重点。尤其在我国城市化水平不断提升，人民生活水平不断改善的情况下，生活用电量越来越大，仅就空调用电说来，就已经从生活水平高端用户发展到寻常百姓之家。由于不断增加的空调数量以及快速增长的负荷使得电网对市中心动态电压的依赖性越来越强，电厂也逐渐从市中心转移，并且外地电力的输入也持续增加。显然这样的实际情况都表明电网运行的压力在不断加大，城市电网规模在扩大，负荷密度在不断变大，随之是难以避免的短路电流超标等问题的出现。因此，在特大型城市电网中，短路电流超标、电压不稳定以及市中心供电负荷过大成为了城市发展的重要问题。
柔性直流输电技术正是为解决大城市用电问题应运而生的。近些年来，我国将柔性直流输电技
53 术开始应用于大城市电网供电中，使得上述问题得到了有效缓解或解决。若概括柔性直流输电技术的具体优势显现为：（1）实现了对有功功率与无功功率快速控制，使电压闪变问题得以解决，供电电能质量有所提高，由于电能质量而引发的敏感设备问题得以避免；（2）柔性直流输电采用的是地埋式直流电缆，交变电磁场、油污染以及输电走廊不复存在，在保障无电磁干扰与城市市容的前提下实现了对城市电网的增容改造，并且也使城市中心负荷需求与节能环保要求得到满足；（3）实现了对交流侧电流的灵活控制，能够对电网的短路容量加以控制；（4）实现了系统阻尼的提供，使系统更加稳定，并具有“黑启动功能”来应对严重故障。
随着柔性直流输电技术核心技术与器件研究与发展的不断深入，可望这项技术的使用将便利于应用这项技术的工程建设呈现更好的发展局面，相信在未来城市电网供电中柔性直流输电技术将会发挥更加重要的作用。
4 结束语
综上所述，柔性直流输电技术的研究与应用能够有效解决电网建设与发展中存在的部分问题，对于我国经济建设有着非常重要的意义。目前，随着我国社会经济与科学技术的不断发展，电子电力技术的应用越来越深入，其核心设备的成本不断降低，与其他输电技术相比，柔性直流输电技术的竞争力显然更强，其在我国新能源并网、城市电网中的应用是完全可以实现的。为此，我们应加强对其研究，结合实际情况，提出有效的技术措施，解决该技术存在的一些缺陷与不足，为其应用与发展提供强有力的支持。
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工程技术
[作者简介] 王思仲（1995—），男，吉林省吉林人，本科，研究方向为输变电技术。
Research and Application of Flexible HVDC Transmission Technology WANG Si-zhong
(Northeast Dianli University, Jilin City, Jilin Province 132000, China)
Abstract: Compared with other transmission technology, the VSC-HVDC technology integrated the advantage of various of converters, which increased the electric quantity and safety. This paper briefly introduced the VSC-HVDC technology and its application in wind power plant and metropolitan power grid. Keywords: VSC-HVDC; Wind Power Plant; Metropolitan Power Grid
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深入探索各专业课程中的数学模型，通过数学软件求解，积累更多与专业内容相结合的数学实验案例。
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北京:电子工业出版社, 2005,4
[作者简介] 刘浪（1981—），男，湖南人，硕士，副教授，主要研究方向为经济数学、数学建模。
Research on Solving the Economic Application Case with Matlab LIU Lang
(Jiangxi Vocational College of Finance and Economics, Jiujiang, Jiangxi 332000, China)
Abstract: In the course of mathematic experiment, case teaching should be adopted to make students aware of the connection between mathematics and their own specialties, as well as the importance of mathematics. This paper showed how to use MATLAB software to solve the economic application case. Keywords: Matlab; Economic Application Case; Mathematic Experiment