先进交直流输电技术在中国的发展与应用

芦浩 尹河 付继超

摘要：先进交直流输电技术是在传统输电技术的基础上，通过新的技术来提升输送能力和效率，实现高效、智能、环保的电能传输。文中针对我国基于电力电子技术的先进交直流输电技术发展情况，总结灵活交流输电、特高直流输电、柔性直流输电及直流电网等先进输电技术的发展历程、取得的成果，并指出未来相关技术领域今后的重点发展方向。

关键词：先进输电技术;灵活交流输电;特高压直流输电; 柔性直流输电;发展;应用

先进交直流输电技术领域中，基于大功率电力电子变换的相关技术和装备进行研究，分析和总结相关的技术研发和工程应用中取得的重要技术成果，并指出未来的研究重点和需要攻克的关键性技术，为推动交直流先进输电技术的快速发展和广泛应用提供支撑。

1 超/特高压灵活交流输电技术

1.1技术发展概况

FACTS 技术是指以电力电子设备为基础，结合现代控制技术来实现对原有交流输电系统参数及网络结构的快速灵活控制，从而达到大幅提高线路的输送能力和增强系统稳定性、可靠性的目的。目前，FACTS技术已从基于半控型器件的静止无功补偿器、可控串补器、可控并联电抗器、静止同步串补偿器，发展到基于全控型器件的静止同步补偿器、统一潮流控制器等技术，其对电网的控制也从对单一电气量的电压、无功、有功控制，发展到对电网多个电气量的协调控制。

1.2技术成果与工程应用

在基于半控型器件的FACTS技术研究方面，我国自20世纪90年代中期即开展相关技术研究，目前已掌握静止无功补偿器、可控串补器、可控并联电抗器、静止同步串补偿器等相控型 FACTS 核心技术，极大地促进了相关产品在我国超高压电网的推广应用，并引领相控型FACTS技术向750kV 及以上超/特高压方向发展。在基于全控型器件的FACTS技术方面，我国已经研究并掌握了统一潮流控制器、静止同步串补偿器的关键技术，建立了满足不同研究需要的系统级、装置级、阀级多尺度实时仿真模型，为后续在超/特高压电网中的应用，奠定了基础。

2 特高压直流输电技术在我国的应用现状

2.1 该技术的研究情况

特高压直流输电技术和特高压交变电输电技术是特高压输电技术的两种类型。我国最开始研究的是特高压交变电输电技术，该技术在电网建设中发挥了重要作用。利用该技术可合理配置资源，提高电网安全事故处理能力，特高压直流输电技术与交变电技术相比，难度更大，技术上更为复杂。该技术诞生于瑞典，研究人员在二十世纪六十年代开始对±750KV 的导线输电技术进行研究。我国对特高压直流输电技术研究的标志为电压平均分配的主回路、每极双12脉动换流器串联输电方案的制定。该方案综合分析了多种因素，选择最佳零配件，综合比较每级换流器，由此将输电电压稳定性提升。

2.2 该技术的应用情况

我国“十二五”规划中特高压直流输电技术被纳入其中。该项目主要是针对输电工程的建设，目标是将特高压输电网络在全国范围内建立。该项目的实施刷新了特高压直流输电技术在电压等级、输送电量及距离等方面的世界纪录。

3 特高压输电技术在我国的应用前景

3.1 经济前景

特高压直流输电技术可为我国带来巨大的经济效益，该技术面临的经济前景是非常广阔的。西电东送输电工程的开展对电网企业自身的输电能力有了更高层次的要求。传统输电技术工程建设需要占用大面积耕地，耗费巨大成本，并且对周围环境也造成不同程度的损害，针对此种问题需要特高 压输电技术来解决。高技术可在满足人们生产生活高用电需 求的基础上，节约建设成本，对环境进行保护，因此特高压输电技术有广阔的经济前景。

3.2 施工前景

特高压直流输电技术能将电力输送稳定性和抗干扰能力提升，该技术有较窄的输电走廊，可减少输电能耗，提高输电效率。但是特高压直流输电技术在技术上有更高层次的要求，结合交流输电技术，两者可协调配合，优化电网配置。

4 柔性直流输电技术

4.1 技术发展概况

以全控型绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）作为换流器件及其所构成的电压源换流器在电力系统中的应用，产生并推动了柔性直流输电技术的发展。

4.2 技术成果与工程应用

柔性直流输电作为一种全新的输电方式，可以分别实现有功和无功功率的独立控制，其内在运行规律与运行机理描述復杂，系统动态行为特性精确描述困难;尤其是当前普遍采用的模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）中，包含数千个状态和控制均独立的电压源功率单元，运行状态多、随机性强，无法简化等效，建模与仿真手段需要再造，电压电流平衡的协同调控困难;同时，换流器中包含数千至数万个电力电子器件，多物理 场相互作用关系复杂，高可靠性设计方法和试验机理都是全新的挑战。针对以上难题，在该技术的开发和设备研制过程中，取得了如下的技术突破。

4.2.1 系统动态行为精确描述和设计方法

1）交流系统与直流系统稳态功率传输特性的数学建模方法，以及交直流系统间有功、无功功率交换机理及传输规律。2）多端直流换流器之间能量交换特性的数学建模方法和多端直流系统能量耦合规律。3）主电路参数协调设计、接地方式优化与过电压绝缘配合等系统设计方法。

4.2.2 系统动态模拟方法和混合仿真技术

1）基于等指数原则、相似性原理和等惯性时间常数模拟的动态模拟技术。 2）基于阻抗和损耗补偿的高精度模拟方法和实时功率调节、动态响应特性等效、参数优化设计等动态模拟技术。

结束语：

先进交直流输电技术未来将极大地改变现有电网的面貌。尤其是电力电子技术在电网中的应用，将对未来电网形态带来深远的影响和深刻的变革。未来的十 年，将是我国柔性直流和直流电网快速发展时期，对于我国区域性新能源并网和消纳，多端直流和直流电网技术将是有效的补充。

参考文献

[1]蔡晖， 彭竹弈， 张文嘉，等. 柔性直流输电技术在江苏电网的应用研究[J]. 电力电容器与无功补偿， 2019， 40（02）：96-100+106.