作者 | 易安电流中国南澳柔性多端直流输电工程 西门子，电力行业从业者
今年5月14日，世界首条特高压多端混合直流输电线路±800kV昆六龙直流工程全线通车。
菠菜导航网这个输电项目的名字读起来可能有点别扭。实际上，“昆六龙”指的是该线路的三个换流站——云南昆北、广西六北、广东龙门。输电线路全长1451.916公里。它从云南省鹿泉县出发，经过广西贵州，最后到达广东省龙门县。向东送重大工程。
项目总投资2.42.49亿元，设计额定电压±800 kV。项目投产后，新增通道输电能力800万千瓦，相当于减少标准煤消耗约1000万吨，减少二氧化碳排放。2660万吨。
菠菜导航网这条路线经过的地区平均海拔1300米，山区占54.6%，重冰区占10.5%。它还穿越铁路，通航河流，一级及以上。有275条高速公路和重要的电力线路，可谓长途跋涉。
今天我们将揭开这条线路中使用的柔性直流输电技术的秘密。
菠菜导航网（一）远距离输电选择直流还是交流，这是个问题
在介绍柔性DC技术之前，让我们回顾一下历史上的两次“AC-DC之争”。
第一次发生在 1880 年代。那时，还没有输电线路这样的东西。关于使用交流或直流传输，科学家分为两个阵营——以美国发明家爱迪生和英国物理学家开尔文为代表的直流派。，以美国发明家西屋电气和电气工程师特斯拉为代表的交流团。最终，交流输电以其组网灵活、升降压等优势赢得了热议，迎来了交流电网的快速发展。
众所周知，电源线中流动的是正弦交流电，所以接收端也都是交流电，我们生活中使用的电器也使用交流插头。但是你仔细观察了吗？液晶电视、电脑主板芯片、手机芯片其实都是用直流电的。我们用电结束的很多电子设备都是直流电的。这就是第二次“AC-DC辩论”的背景——信息革命和电力电子技术的成熟。
这场争论的焦点是特高压（AC 1000 kV，DC ±800 kV）输电是选择直流还是交流。中国工程院院士李国杰曾表示：“大功率电力电子技术的发展和成熟使直流输电普及中国南澳柔性多端直流输电工程 西门子，远距离大功率输电促进了直流电的进一步发展。传输。通过无功补偿，相同电压等级的直流传输能量可以提供更多的功率和更少的损耗。
直流输电定位为超远距离、超大容量“点对点”输电的“直达高速”，组网难度大。交流输电具有输电和网络建设双重功能，是连接各种能源的“省市县道”。直流输电可以减少很多无效损耗，但制约直流输电发展的最大关键是是否有庞大而强大的交流输电网络。
直流在高压、大容量、远距离输电方面确实具有得天独厚的优势，但目前的电网结构仍处于交流系统之下。因此，争论的结果是直流输电和交流输电只能相互补充，不能相互替代。
（由大功率电力电子器件组成的变流器）
目前，我国特高压电网建设遵循“交直流结合、强交直流”战略，已建成投运“九交十直流”。
（交直流投损粗略比较）
(二）揭示传统高压直流输电与柔性直流输电的特点
说到高压直流输电技术，关键要谈两件事——换流阀和控制技术。一硬件一软件一内一外。
1950年代，高压直流输电技术仍处于试验阶段，采用汞弧阀换流器。触发后无法关闭。只有在阳极（A）和阴极（K）不自行连接时才能关闭。因此，换流过程需要借助外部交流电压完成，称为有源逆变器，接收端系统必须有足够大的短路容量，否则容易出现换流失败，导致通道中断甚至电网崩溃。
这种变流器在运行过程中会产生大量的低频谐波污染电网，需要加装专门处理“垃圾”的滤波装置。同时，变流器需要吸收大量的无功功率，需要建设大量与之相匹配的无功功率补偿装置。
1990年代以来，电力电子技术逐渐发展成熟，出现了具有关断能力的新型半导体器件，如绝缘栅双极晶体管（IGBT）、栅极可关断晶闸管（GTO）等。柔性直流输电基于电压源转换器（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission，简称VSC-HVDC）的技术应运而生。
（±800kV特高压直流换流站鸟瞰图）
柔性直流输电技术中国南澳柔性多端直流输电工程 西门子，最早由 Boon-Teck Ooi 等人提出。1990年在加拿大，是一种基于电压源变换器、自关断器件（IGBT）和脉宽调制（PWM）技术的新技术。代高压直流输电技术。与传统的高压直流输电相比，该技术具有五大优势：
1、可控性强，关断装置可以对通断进行完全控制，无需交流侧提供换相电流，不存在换相失败的问题；
2、由于完全控制，灵活的直流输电在交流侧不需要大量的无功支持，减少了占地面积。
3、无源功能可以完成对孤岛的供电，解决电网薄弱地区的“最后一公里”问题。这里所说的孤岛并不是指真正的岛屿，而是指仅由几条电力线连接起来的小区域电网。
4、全控器件的开关频率极高，往往在数万赫兹，只需要少量的高阶滤波器即可完成滤波，避免了低阶的污染电网的次谐波。对于中国电网来说，交流电网的频率是50Hz，所以低次谐波比高次谐波更难处理。
（IGBT组成及等效图。PS：只要大家知道G极可以随时切换CE电流）
（PWM技术将交流正弦波转换成间歇性直流开关，两者面积相同）
5、最重要的是，潮流迅速逆转。柔性直流输电系统的电流可以双向流动，而直流电压的正负极保持不变。当常规直流潮流反向时，直流电压的极性反转，直流电流的方向保持不变。这个特性对于形成多终端系统非常重要。在并联多端直流输电系统中，柔性直流输电系统可以通过改变单端电流的方向来改变潮流的方向，初步具有多点输电的功能，即直流电可以也可以联网。
（趋势图）
相信大家都对一个词有点陌生——趋势（流量）。在电力系统中，在电源的激励下中国南澳柔性多端直流输电工程 西门子，电流从电源流向负载，并分布在整个电网中。这种状态称为能流，也可以理解为每个位置的电压、电流、功率的稳定值。
电网正常运行时，各地负载基本不变，全网电流流动达到稳定状态。电力工作者就是靠这个稳定的状态来计算当前电网是否正常，是否过载，是否有其他问题。同时，通过计算潮流，也可以提前改变潮流的流向，就像调整河网管道的水流方向一样。
也因为这种快速调整的特点，灵活的直流输电是目前接入分布式电源最友好的方式。柔性直流输电可以将风能、太阳能等清洁能源从多个站点通过大容量、远距离的输电线路输送到负荷中心。
未来将是清洁能源的世界，中国分布式能源（风能、水能、太阳能、潮汐能等）发电规模也将进一步扩大。网络消费的应用潜力巨大。
同时，受元器件和调制技术的限制，柔性直流输电也存在明显的不足。一是损耗大，由于需要频繁运行中国南澳柔性多端直流输电工程 西门子，变流器和线路损耗是常规直流输电的3倍以上。二是设备成本高。目前，常规直流使用的晶闸管技术成熟，成本低廉，而IGBT等关断器件的生产成本远高于晶闸管。第三，目前应用能力并不大，只有极少数项目有千兆瓦级的实际能力，需要随着技术的发展和材料性能的进步而提高。
（三）中国现在有没有能力自主研发关键的软直装备？
说了这么多柔性直流输电的好处，中国现在在哪里？
2003年，我国开始研究柔性直流输电技术，比欧美国家晚很多。但我国柔性直流输电发展迅速。目前我国已具备研发柔性直流输电技术和设备制造的能力，已达到国际先进水平。等级。
2011年7月，上海南汇风电场柔性直流输电项目投产，这是亚洲首个具有自主知识产权的柔性直流项目。2016年，我国自主研发、国内容量最大的±800kV柔性高压直流换流阀控制装置顺利通过型式试验，各项技术指标达到国际先进水平，打破了国外公司在该领域的长期发展。技术垄断。同年，当时世界上电压等级最高、输电容量最大的柔性直流输电工程——±500kV“鲁西背靠背直流工程”柔性直流机组建成投产。该运行模式克服了常规直流与柔性直流的协调控制、单个变流器中多个功率模块的限制等诸多世界级难题，建立了一整套具有自主知识产权的技术规范和标准。柔性直流领域。目前，连同今天开头提到的昆六龙项目，国内已有6个柔性直流输电项目建成投产。
昆六龙工程是世界上最大的特高压多端直流输电工程，世界上第一个特高压多端混合直流工程，也是第一个具有架空线直流故障自清除能力的柔性直流输电工程。在柔性直流输电技术方面已进入世界领先者行列。
但是，我们也应该清醒地认识到，我们与世界顶级的大功率电力电子器件制造商，如ABB、西门子、英飞凌等，还有很大的差距。就像芯片行业一样，只有做自主研发，从中国制造的根源发展，中国制造能否逐步赶超，最终达到世界顶级水平。
（柔性直流输电技术核心设备）
结语
2016年年中，中国企业成功击败西门子、通用电气等一流供应商，被选为英国设得兰项目柔性直流换流站唯一合作伙伴。国产柔性直流换流阀已达到世界先进水平，表明我国在高端输变电装备和技术方面具有国际竞争力。
随着“一带一路”倡议的不断推进，以及风电、光伏等新能源的进一步接入，柔性直流输电技术的发展空间必将更加广阔。以特高压技术和柔性直流输电为代表的电力装备制造业有望成为继高铁、核电之后中国制造拓展全球市场的“金名片”。
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【参考】
1 科技日报。交流或直流：特高压输电的“两条路”[J]. 科技风, 2013,000(023):3-4.
2 南方电网投资2.42.49亿建设全球首条特高压多端混合直流输电工程线路，实现全线并网，
3 一篇文章解释了柔性直流与常规直流的区别，南方网电气工程师，
4 世界首个特高压多端直流示范工程：建设“昆六龙直流工程”，人民网，
5 我国柔性直流输电技术成功中标英国设得兰项目
《伟大的中国》栏目邀请行业权威和资深人士发表他们对中国创新之路的看法。
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