先進交直流輸電技術在中國的發展與應用

蘆浩 尹河 付繼超

摘要：先進交直流輸電技術是在傳統輸電技術的基礎上，通過新的技術來提升輸送能力和效率，實現高效、智能、環保的電能傳輸。文中針對我國基于電力電子技術的先進交直流輸電技術發展情況，總結靈活交流輸電、特高直流輸電、柔性直流輸電及直流電網等先進輸電技術的發展歷程、取得的成果，并指出未來相關技術領域今后的重點發展方向。

關鍵詞：先進輸電技術;靈活交流輸電;特高壓直流輸電; 柔性直流輸電;發展;應用

先進交直流輸電技術領域中，基于大功率電力電子變換的相關技術和裝備進行研究，分析和總結相關的技術研發和工程應用中取得的重要技術成果，并指出未來的研究重點和需要攻克的關鍵性技術，為推動交直流先進輸電技術的快速發展和廣泛應用提供支撐。

1 超/特高壓靈活交流輸電技術

1.1技術發展概況

FACTS 技術是指以電力電子設備為基礎，結合現代控制技術來實現對原有交流輸電系統參數及網絡結構的快速靈活控制，從而達到大幅提高線路的輸送能力和增強系統穩定性、可靠性的目的。目前，FACTS技術已從基于半控型器件的靜止無功補償器、可控串補器、可控并聯電抗器、靜止同步串補償器，發展到基于全控型器件的靜止同步補償器、統一潮流控制器等技術，其對電網的控制也從對單一電氣量的電壓、無功、有功控制，發展到對電網多個電氣量的協調控制。

1.2技術成果與工程應用

在基于半控型器件的FACTS技術研究方面，我國自20世紀90年代中期即開展相關技術研究，目前已掌握靜止無功補償器、可控串補器、可控并聯電抗器、靜止同步串補償器等相控型 FACTS 核心技術，極大地促進了相關產品在我國超高壓電網的推廣應用，并引領相控型FACTS技術向750kV 及以上超/特高壓方向發展。在基于全控型器件的FACTS技術方面，我國已經研究并掌握了統一潮流控制器、靜止同步串補償器的關鍵技術，建立了滿足不同研究需要的系統級、裝置級、閥級多尺度實時仿真模型，為后續在超/特高壓電網中的應用，奠定了基礎。

2 特高壓直流輸電技術在我國的應用現狀

2.1 該技術的研究情況

特高壓直流輸電技術和特高壓交變電輸電技術是特高壓輸電技術的兩種類型。我國最開始研究的是特高壓交變電輸電技術，該技術在電網建設中發揮了重要作用。利用該技術可合理配置資源，提高電網安全事故處理能力，特高壓直流輸電技術與交變電技術相比，難度更大，技術上更為復雜。該技術誕生于瑞典，研究人員在二十世紀六十年代開始對±750KV 的導線輸電技術進行研究。我國對特高壓直流輸電技術研究的標志為電壓平均分配的主回路、每極雙12脈動換流器串聯輸電方案的制定。該方案綜合分析了多種因素，選擇最佳零配件，綜合比較每級換流器，由此將輸電電壓穩定性提升。

2.2 該技術的應用情況

我國“十二五”規劃中特高壓直流輸電技術被納入其中。該項目主要是針對輸電工程的建設，目標是將特高壓輸電網絡在全國范圍內建立。該項目的實施刷新了特高壓直流輸電技術在電壓等級、輸送電量及距離等方面的世界紀錄。

3 特高壓輸電技術在我國的應用前景

3.1 經濟前景

特高壓直流輸電技術可為我國帶來巨大的經濟效益，該技術面臨的經濟前景是非常廣闊的。西電東送輸電工程的開展對電網企業自身的輸電能力有了更高層次的要求。傳統輸電技術工程建設需要占用大面積耕地，耗費巨大成本，并且對周圍環境也造成不同程度的損害，針對此種問題需要特高 壓輸電技術來解決。高技術可在滿足人們生產生活高用電需 求的基礎上，節約建設成本，對環境進行保護，因此特高壓輸電技術有廣闊的經濟前景。

3.2 施工前景

特高壓直流輸電技術能將電力輸送穩定性和抗干擾能力提升，該技術有較窄的輸電走廊，可減少輸電能耗，提高輸電效率。但是特高壓直流輸電技術在技術上有更高層次的要求，結合交流輸電技術，兩者可協調配合，優化電網配置。

4 柔性直流輸電技術

4.1 技術發展概況

以全控型絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）作為換流器件及其所構成的電壓源換流器在電力系統中的應用，產生并推動了柔性直流輸電技術的發展。

4.2 技術成果與工程應用

柔性直流輸電作為一種全新的輸電方式，可以分別實現有功和無功功率的獨立控制，其內在運行規律與運行機理描述復雜，系統動態行為特性精確描述困難;尤其是當前普遍采用的模塊化多電平換流器（modular multilevel converter，MMC）中，包含數千個狀態和控制均獨立的電壓源功率單元，運行狀態多、隨機性強，無法簡化等效，建模與仿真手段需要再造，電壓電流平衡的協同調控困難;同時，換流器中包含數千至數萬個電力電子器件，多物理 場相互作用關系復雜，高可靠性設計方法和試驗機理都是全新的挑戰。針對以上難題，在該技術的開發和設備研制過程中，取得了如下的技術突破。

4.2.1 系統動態行為精確描述和設計方法

1）交流系統與直流系統穩態功率傳輸特性的數學建模方法，以及交直流系統間有功、無功功率交換機理及傳輸規律。2）多端直流換流器之間能量交換特性的數學建模方法和多端直流系統能量耦合規律。3）主電路參數協調設計、接地方式優化與過電壓絕緣配合等系統設計方法。

4.2.2 系統動態模擬方法和混合仿真技術

1）基于等指數原則、相似性原理和等慣性時間常數模擬的動態模擬技術。 2）基于阻抗和損耗補償的高精度模擬方法和實時功率調節、動態響應特性等效、參數優化設計等動態模擬技術。

結束語：

先進交直流輸電技術未來將極大地改變現有電網的面貌。尤其是電力電子技術在電網中的應用，將對未來電網形態帶來深遠的影響和深刻的變革。未來的十 年，將是我國柔性直流和直流電網快速發展時期，對于我國區域性新能源并網和消納，多端直流和直流電網技術將是有效的補充。

參考文獻

[1]蔡暉， 彭竹弈， 張文嘉，等. 柔性直流輸電技術在江蘇電網的應用研究[J]. 電力電容器與無功補償， 2019， 40（02）：96-100+106.