柔性直流输电在城市配电网中的应用

1、直流输电技术课程报告 题 目 柔性直流输电在城市配电网中的应用 学 院 电气学院 学 生 xxx 学 号 xxx 哈尔滨工业大学2014年4月3日柔性直流输电在城市配电网中的应用xxx摘要：柔性直流技术的出现为城市高压电网的构建及微电网接入大电网提拱了新的技术手段和解决方案，因此研究柔性直流技术在城市电网中的应用具有重要意义。本文介绍了城市交流供电存在的问题，对城市配电网采用柔性直流输电方案的优点进行分析。在对柔性直流输电的主要研究内容进行研究的基础上，对城市供电系统采用直流输电的可行性进行分析。最后给出可行的家庭和办公直流供电方案。关键词：柔性直流 高压直流输电 城市电网 电压源换流器1.

2、引言 随着科学技术的发展，到目前为止，电力传输经历了直流、交流和交直流混合输电三个阶段。早期的输电工程是从直流输电系统开始的，但是由于不能直接给直流电升压，使得输电距离受到较大的限制，不能满足输送容量增长和输电距离增加的要求。19世纪80年代末发明了三相交流发电机和变压器，交流输电就普遍地代替了直流输电，并得到迅速发展，逐渐形成现代交流电网的雏形。大功率换流器的研究成功，为高压直流输电突破了技术上的障碍，因此直流输电重新受到人们的重视。直流输电相比交流输电在某些方面具有一定优势，自从20世纪50年代联接哥特兰岛与瑞典大陆之间的世界第一条高压直流输电（hvdc）线路建成以来，hvdc在很多工程实

3、践中得到了广泛的应用，如远距离大功率输电、海底电缆输电、两个交流系统之间的非同步联络等等。目前，国内已有多个大区之间通过直流输电系统实现非同步联网：未来几年，南方电网将建成世界上最大的多馈入直流系统；东北电网也有多条直流输电线路正在建设或纳入规划。交直流混合输电是现代电网的主要发展趋势。经过多年来的研究和工程实践工作，hvdc技术有了较大的提高，在降低损耗、控制和保护技术等方面取得了长足的进步。但是hvdc在应用中，仍然存在着一些固有的缺陷：受端网络必须是一个有源系统，不能向无源系统供电；在向短路容量不足的系统供电时易发生换相失败；换流器本身为一谐波源，需要配置专门的滤波装置，增加了设备投资和

4、占地而使费用相对较高；同时，运行过程中吸收较多的无功功率等。尽管人们对传统hvdc输电技术进行了不断的改进，但这些改进措施均不能从根本上解决传统hvdc输电系统的不足。20世纪90年代以后，随着电力电子技术的发展，特别是具有可关断能力的新型半导体器件的出现，如绝缘栅双极晶体管（igbt）、门极可关断晶闸管（gto）等，这些新型全控型器件取代传统半控型晶闸管应用于hvdc中，从而促进了hvdc输电技术的重大变革。1997年第一个采用igbt组成的电压源型换流器的柔性直流输电（hvdc flexible）试验工程在瑞典投入运行，标志着直流输电技术开始了新的发展。随着全控型功率器件的发展及其性能的不

5、断改善，基于电压源（vsc）换流技术的高压直流输电（hvdc）的工程应用越来越多。从其技术特点和实际工程的运行来看，很适合应用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域。2.柔性直流输电的主要研究内容 与基于自然换相技术的电流源型换流器的传统直流输电不同，vsc-hvdc是一种以电压源换流器、可控关断器件和脉宽调制(pwm技术)为基础的新型直流输电技术。这种输电技术能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、能向无源网络供电、换流站间无需通讯、且易于构成多端直流系统。另外，该输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，在提高系统的稳定性和输电能力等方面

6、具有优势。下面详细介绍vsc-hvdc的系统结构及其基本工作原理。 2.1 系统结构 图1为柔性直流输电系统单线原理图，两端的换流站均采用vsc结构，它由换流站、换流变压器、换流电抗器、直流电容器和交流滤波器等部分组成。下面就各组成部分的结构和作用作一简单介绍。图1 柔性直流输电单线原理图 电压源型换流器vsc：电压源型换流器的桥臂是由大功率的可控关断型电力电子器件（如igbt、igct）和反并联二极管组成。随着大功率电力电子器件的发展，目前igbt的耐受电压达到6.5kv、通断电流最大达到3ka，igct目前能承受的断态重复峰值电压达到6kv，最大可控关断电流达36ka。目前，拥有柔性直流输

7、电系统商业化运行实际工程业绩的，世界上只有abb公司。在这些工程中，主要采用三相二电平和三相三电平两种换流器拓扑结构（如表1所示）。两电平换流器是用于轻型直流输电系统中最简单的换流器拓扑结构，如图2(a)所示。它有六个桥臂，每个桥臂由igbt和与之反并联的二极管组成。图2(b)所示为中点钳位型三电平换流器拓扑结构。在高压大功率情况下，为提高换流器容量和系统的电压等级，每个桥臂由多个igbt及其相并联的二极管相互串联来获得，其串联的个数由换流器的额定功率、电压等级和电力电子开关器件的通电能力与耐压强度决定。表1 瑞典abb公司已投运的部分柔性直流输电工程的相关参数和指标工程名称投运时间换流器拓扑

8、开关调制方式开关频率可控性电路复杂度损耗gotland tjaereborg directilind 1999 2000 2000 两电平sinus pwm1950非常好低高hagfors1999三电平sfopwm 12601650非常好中中crosssound cablemurrarylink2002三电平3pwmsinus pwm12601350非常好中中低estlink2006两电平optimum pwm1150很好低低（a）两电平拓扑结构图（b）三电平拓扑结构图（c）器件串联结构图图2典型电压源型换流器拓扑结构 变压器t：变压器可以采用常规的单相或三相变压器。通常，为了使换流站能够达到

9、最大的有功功功率和无功功率，变压器的二次侧绕组带有分接头开关。通过调节分接头来调节二次侧的基准电压，进而获得最大的有功和无功输送能力。另外，变压器连接交流系统侧的绕组（一次侧）一般采用星形接法，而靠近换流器侧的绕组（二次侧）则采用三角形接法。变压器绕组中基本不含谐波电流分量和直流电流分量；而且这种变压器接法能够防止由调制模式引起的零序分量向交流系统传递。此外，为了向换流站提供辅助交流电源，变压器还可以采用三绕组变压器。除了上述特点外，换流变压器的另一个重要作用是将系统交流电压变换到与换流器直流侧电压相匹配的二次侧电压，以确保开关调制度不至于过小，以减小输出电压和电流的谐波量，进而可以减小交流滤

10、波装置的容量。 换流电抗器l：在电压源换流站中，对应每一相分别安装一个换流电抗器。换流电抗器是电压源换流站的一个关键部分，它是vsc与交流系统之间传输功率的纽带，它决定换流器的功率输送能力、有功功率与无功功率的控制；同时，换流电抗器能抑制换流器输出的电流和电压中的开关频率谐波量，以获得期望的基波电流和基波电压。另外，换流电抗器还能抑制短路电流。因此，对换流电抗器的参数必须进行优化设计。 直流侧电容器c：直流侧电容是vsc的直流侧储能元件，它可以缓冲桥臂开断的冲击电流、减小直流侧的电压谐波，并为受端站提供电压支撑。同时，直流侧电容的大小决定其抑制直流电压波动的能力，也影响控制器的响应性能。 交流

11、滤波器：与基于晶阐管的传统直流输电系统不同，电压源型直流输电系统采用pwm技术。因此，换流站在较高的开关频率下，其输出的交流电压和电流中含有的低次谐波很少，又由于换流电抗器对输出电流具有滤波作用，使得电流的谐波能较容易符合标准。然而，在没有任何滤波装置的情况下，输出的交流电压中还含有一定量的高次谐波，且其总的谐波畸变率并不能达到相关的谐波标准。因此，通常要在换流母线处安装适当数量的交流滤波器(接地或不接地)，其结构如图3所示。当然，交流滤波器的容量和参数选择与换流器所采用的拓扑结构、开关频率及其调制方式等因素有关。因此，在选择交流滤波器参数时，要视上述具体情况而定。图3交流滤波器 输电电缆：为

12、了减少输电线路故障，在柔性直流输电系统中通常采用电缆为输电线路。由abb公司研制的输电电缆是采用新型的三层聚合材料挤压的单极性电缆（图4所示），它由导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层三层同时挤压成绝缘层；中间导体一般为铝材单芯导体，它不同于传统纸或者油绝缘电缆，这种新型电缆具有高强度、环保和方便掩埋等特点，适合用于深海等恶劣环境。另外，这种新型电缆重量轻、传输功率密度大，对于一对95mm2的铝电缆在直流电压为100kv时能够传输30mw的功率，其重量为1kg/m，绝缘厚度为5.5mm，可以方便地掩埋入地中。图4 abb公司的直流输电电缆2.2 基本工作原理 如前所述，与基于晶闸管的传统直流输电技术

13、不同，柔性直流输电采用电压源型换流器和pwm技术，其基本工作原理如图5和图6所示。由调制波与三角载波比较产生的触发脉冲，使vsc上下桥臂的开关管高频开通和关断，则桥臂中点电压uc在两个固定电压+ud和ud之间快速切换，uc再经过电抗器滤波后则为网侧的交流电压us。图5 vsc单相示意图图6 vsc正弦脉宽调制原理及输出波形 进一步分析可知，在假设换流电抗器无损耗且忽略谐波分量时，换流器和交流电网之间传输的有功功率p及无功功率q分别为： (1) (2) 式中：uc为换流器输出电压的基波分量；us为交流母线电压基波分量；为uc和us之间的相角差；x1为换流电抗器的电抗。 由式（1）和式（2）可以得

14、到图7所示的换流器稳态运行时的基波相量图。由图可知，有功功率的传输主要取决于，无功功率的传输主要取决于uc。因此通过对的控制就可以控制直流电流的方向及输送有功功率的大小，通过控制uc就可以控制vsc发出或者吸收的无功功率。从系统角度来看，vsc可以看成是一个无转动惯量的电动机或发电机，几乎可以瞬时实现有功功率和无功功率的独立调节，实现四象限运行。图7 vsc-hvdc换流器稳态运行时的基波相量图3. 城市交流供电与柔性直流输电的对比分析随着我国经济的迅速发展，电力需求日益增加，特别是随着城市经济的持续发展和市民生活水平的不断提高，我国一些大城市的市区负荷密度和人均用电量增长尤为迅速，城市电网承

15、受的负荷压力越来越大，已接近其功率传输极限；另一方面，由于主力电厂多数分布在城市外围，高压架空线引入市区会对环境产生严重的影响，与城市建设、公共福利事业及旅游业的矛盾日益突出；再加上城市土地资源的限制，跨越电气化铁路、高速公路和立交桥的难度越来越大，使得新增架空线输电走廊的安装和补偿等投资费用越来越高，甚至出现缺少线路走廊的尴尬境地。因此，未来在市区内采用架空输电线路的可能性越来越小，必须通过地下高压、超高压输电线路向市中心高负荷密度地区实施送电，地下输、变、配电工程的建设将逐渐成为今后城市电网发展的一个重点。目前向城市供电可以采用的地下供电方式有两种：交流电缆供电（hvac）和柔性直流供电方

16、式（hvdc flexible）。3.1 交流电缆供电（hvac） 目前向城市供电的地下供电方式大多采用高压交流电缆供电，主要设备包括交流连接网络、变电站、hvac电缆和无功补偿装置。为提高城市电网的供电可靠性，根据电缆产品的发展潮流和国外的运行经验，一般采用固体介质电缆，特别是交联聚乙烯（简称xlpe）电缆。目前，230 kv及以下电压等级的xlpe电缆已在英、法、日等发达国家得到广泛使用，显示了优良的技术、经济性能，如损耗小、容性充电电流小、载流量大、重量轻、安装简便、维护量小以及耐火、易加装外冷装置等。然而，在相同的电压等级下，交流电缆的充电电流比架空线高的多，较高的容性充电电流限制了电

17、缆的最大传输距离和传输容量，而且交流电缆产生的容性无功功率随着电压等级和电缆长度的增加而增加。因此，为了增大交流电缆的最大传输距离和传输容量必须在电缆的两端进行无功补偿。另一方面，由于电磁感应和互感的作用，使得交流电缆的集肤效应对电缆的电阻影响很大，造成包括导体损耗、金属套损耗、磁滞损耗和电介质损耗在内的电缆损耗明显增大，而且由于容性电流的存在大大降低了电缆的载流能力。3.2 柔性直流供电方式（hvdc flexible）与基于自然换相技术的传统直流输电（hvdc csc）不同，hvdc flexible是一种以电压源换流器、可控关断器件和脉宽调制（pwm技术）为基础的新型直流输电技术。这种输

18、电技术能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、能向无源网络供电、换流站间无需通讯、且易于构成多端直流系统。另外，该输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，在提高系统的稳定性和输电能力等方面具有优势。柔性直流供电（hvdc flexible）的主要元件35包括：换流器：主要完成交流/直流和直流/交流的变换，由基于gto、igbt等全控元件的阀桥和带负载调节分接头的变压器组成。换流变压器的主要作用是通过调节分接头来调节二次侧的基准电压，进而获得最大的有功和无功输送能力。换流变压器的另一个重要作用是将系统交流电压变换到与换流器直流侧电压相匹配的二次侧电压，以确保开关调制度不至于过小，以减

19、小输出电压和电流的谐波量，进而可以减小交流滤波装置的容量。换流电抗器：在电压源换流站中，对应每一相分别安装一个换流电抗器。它是电压源换流站的一个关键部分，是vsc与交流系统之间传输功率的纽带，决定换流器的功率输送能力、有功功率与无功功率的控制；同时，换流电抗器能抑制换流器输出的电流和电压中的开关频率谐波量，以获得期望的基波电流和基波电压。另外，换流电抗器还能抑制短路电流。直流侧电容器：直流侧电容是vsc的直流侧储能元件，它可以缓冲桥臂开断的冲击电流、减小直流侧的电压谐波，并为受端站提供电压支撑。同时，直流侧电容的大小决定其抑制直流电压波动的能力，也影响控制器的响应性能。交流滤波器：与基于晶阐管

20、的传统直流输电系统不同，电压源型直流输电系统采用pwm技术。因此，换流站在较高的开关频率下，其输出的交流电压和电流中含有的低次谐波很少，又由于换流电抗器对输出电流具有滤波作用，使得电流的谐波能较容易符合标准。然而，在没有任何滤波装置的情况下，输出的交流电压中还含有一定量的高次谐波，且其总的谐波畸变率并不能达到相关的谐波标准。因此，通常要在换流母线处安装适当数量的交流滤波器（接地或不接地）。直流电缆：构成回路进行有功功率传送。由abb公司研制的输电电缆是采用新型的三层聚合材料挤压的单极性电缆，它由导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层三层同时挤压成绝缘层；中间导体一般为铝材单芯导体，它不同于传统纸或者油

21、绝缘电缆，这种新型电缆具有高强度、环保和方便掩埋等特点，适合用于深海等恶劣环境。另外，这种新型电缆重量轻、传输功率密度大，对于一对95mm2的铝电缆在直流电压为100kv时能够传输30mw的功率，其重量为1kg/m，绝缘厚度为5.5mm，可以方便地掩埋入地中。柔性直流供电的主要缺点是造价高和换流器损耗大。3.3 两种供电方式比较表2列出了交流输电、传统直流输电和柔性直流输电技术的比较。表2 集中输电技术的比较比较项目交流输电柔性直流输电结构组成1.电力变压器2.交流线路或电缆3.无功补偿设备1.换流变压器或仅需换流电抗器2.小型滤波器3.直流电容支撑及滤波4.直流电缆入地，环境友好应用场合广泛

22、应用于输配电中小容量，经济容量已扩展到几十到几百兆瓦：1.远距离无源网络供电，如岛屿，钻井平台2.电缆距离超过50-100km，或功率大3.分布式电源和风力发电接入4.城市供电系统增容5.交流系统非同步互联对系统的影响增加短路容量不增加短路容量和短路比，可以提高系统稳定性当前换流器功率极限1200mw，士320kv（电缆）技术优点设备简单，可靠，成本较低。1.模块化，体积小，可搬迁，模块化的设计使hvdc light的设计、生产、安装和调试周期大为缩短。换流站的主要设备能够先期在工厂中组装完毕，并预先做完各种试验。换流站的设计非常紧凑且占地面积很小。一个65mva的换流站仅占800m2。一个2

23、50mva的换流站将占地3000m2。占地面积仅为同等容量下传统直流输电换流站的20%2.潮流反转时直流电流方向反转，而直流电压极性不变，易于实现多端直流网络3.不仅不需要交流侧提供无功功率而且能够起到statcom的作用。因此，在交流系统故障时，hvdc light可同时向系统提供有功和无功支援，从而提高系统功角和电压的稳定性4.送端与受端可不通信5.交流侧电流可以被控制，所以不会增加系统的短路功率。交流系统的保护整定基本不需改变运行与控制采用传统的调节电力潮流措施，如机械控制的移相器、带负荷调变压器抽头、开关投切电容和电感、固定串联补偿装置等，只能实现部分稳态潮流的调节功能，而且，由于机械

24、开关动作时间长，响应慢hvdclight可在很短的时间调节逆变器输出电压的相角与幅值，进而可以对有功和无功功率进行单独地、迅速地调整，同时还可以做到对交流系统频率与电压的控制。存在高频谐波，易于滤除有功潮流控制可连续从0至士1倍额定功率调节无功补偿及控制通过换流器内部pwm连续无功控制能否有功无功独立控制是典型损耗4-6%注：“”表示本项未参加比较4. 城市供电系统采用直流输电的可行性分析4.1 城市电网存在的问题由于城市电网的用电负荷增长十分迅猛，而城市负荷中心主力电厂建设不足，大量的电能需要由500kv和220kv线路进行远距离输送，导致城市电网供电能力不足、供电可靠性差、短路电流过大、电

25、压支撑较弱等一系列问题，严重威胁着城市电网的安全稳定运行。1.供电能力不足且供电可靠性差随着我国城市经济的不断发展及城市用地面积的扩大，城市用电量和负荷增长迅速，并且中心城区的负荷密度逐年增大，现有的供电网络已经越来越不能适应城市负荷发展的要求。城市用电负荷的快速增长给城市电网带来了巨大压力，使得城市内的变电站和电力线路等设备负载率偏高，甚至曾出现过满负荷或过负荷情况，这不但对电网的安全运行不利，也无法满足用电负荷继续增长的趋势，更加限制了城市电网的供电容量和供电可靠性。2.城市电网短路电流过大随着城市负荷以及负荷密度不断增大，城市电网发展迅速，省会城市和沿海大城市已经基本建成了500kv和2

26、20 kv的超高压外环网或c形网，110220kv高压变电所已经广泛深入市区负荷中心，电网结构不断发展完善，电网联系紧密，在增强城市电网供电能力、提高电网的安全稳定水平的同时，但同时又造成系统阻抗不断下降，各级电压的短路电流逐年增大，短路电流水平越来越高，不少城网已出现短路容量超过城市电力网规划设计导则中短路容量的限制，甚至超过了断路器的开断能力。比如，目前北京、上海、广州等大城市的某些500kv和220kv变电站短路电流水平已经超过50ka，甚至有的已超过63ka，而且随着城市负荷的进一步增长，更会加剧短路电流超标问题，因此，短路电流超标问题不仅制约了城市电网的运行灵活性，而且对电网的安全运

27、行构成了极大的威胁。3.城市负荷中心缺乏足够的电压支撑随着我国经济的持续快速发展，电力需求保持着强劲的增长势头，特别是城市负荷需求增长更加迅猛。但是，在城市负荷中心因受土地资源、水资源、输电走廊、环境保护和高额投资等因素，限制了建立新电源的可能性，造成了大功率远距离、跨越大功角、大电压降落输电的现状，再加上电力市场下的新的系统运行方式，未来的系统不得不在接近其物理极限下运行。近年来在城市电网中广泛应用带负荷调分头变压器（on-load tap changing，oltc）及并联电容器等也带来严重的电压稳定性隐患。oltc在系统低电压时的负调压作用或连续调节是电压失稳的主要原因之一，低电压时，o

28、ltc动作使次级电压升高，初级电压下降；oltc的连续动作，引起初级电压的不断下降，可能导致电压失稳或崩溃；并联电容器容许其附近发电机接近单位功率因数运行，以使发电机具有最大的快速作用的无功储备，但是，在电压紧急情况下，并联电容器不象串联电容器那样具有自调节能力，它的无功出力随电压的平方下降。不良的负荷特性也是可能造成电压不稳定/崩溃的重大隐患，特别是在温控负荷很重的地区。以北京电网为例，2006年夏季北京地区空调负荷估计在3650mw左右，约为其最大负荷的40%左右，空调负荷的特性非常不利于电压稳定。日本东京电网1987年7月23日损失负荷8168mw的电压失稳事故，就与大量空调设备在低电压

29、时吸收更多电流（特别是无功电流）的负荷特性密切相关。由于电源远离城市负荷中心，负荷中心电源支撑弱、无功电压支撑能力不足，所以当系统受到干扰时，城市电网非常容易失去同步稳定和电压稳定。若此时没有采取必要的和强制性措施，来维持城市电网一定的电压水平，势必造成电压崩溃使系统失去稳定运行，从而发生大面积停电事故。4.缺乏灵活的调节手段且抗扰动能力差由于交流系统的潮流分布取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式，虽然利用传统的潮流调节手段和通过调度员的合理调度可以达到调节潮流目的，但是远不能满足现代电力系统安全经济运行的要求，使得目前城市电网的可控性依然较差，容易出现功率分布和走向不当，从而引起以下几方面

30、的问题：部分线路和设备过载，部分线路和设备轻载，并且容易引发稳定性问题；系统的有功功率损耗增加，系统运行的经济性较差；容易形成“功率绕送”或“功率倒流”；系统功率分布不当，导致电压质量不满足要求；导致局部地方的短路水平过高，威胁电力系统的安全运行。由于目前城市电网缺乏有效的调节和控制手段，导致系统的抗扰动能力较差，特别是在局部故障情况下，调节控制手段缺乏极易引起骨牌效应的连锁故障，无法控制事故的范围从而导致大面积停电事故。因此，需要增强系统的可控性，以隔离故障限制事故扩大避免连锁故障，提高系统安全经济运行的能力。对于这些传统电力系统难以解决的问题，需要新的控制手段和控制设备，大幅度提高城市电网

31、的调节控制能力，来减少无功潮流和避免环流以优化系统潮流实现系统的经济运行，并且提高系统抵御各种扰动的能力以维持系统的安全稳定运行。4.2 柔性直流输电对城市电网的作用由于柔性直流输电能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、结构紧凑、占地面积小、且易于构成多端直流系统。另外，该输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，在提高系统的稳定性和输电能力等方面具有优势。利用这些特点不仅可以解决目前城市电网存在的问题，而且可以满足未来城市电网的发展要求，改善电力系统的安全稳定运行。主要表现在以下几个方面：1.增强城市电网的供电能力，满足城市日益增长的负荷需求柔性直流输电采用新型的交联聚乙烯（xl

32、pe）挤压聚合物直流电缆，不仅占用空间小、输电能力强，而且可以安装在现有的交流电缆管内或线路走廊内，这样可以充分利用输电走廊，增强城市电网的供电能力，满足城市的负荷需求。2.为城市负荷中心提供必要的无功支撑，克服电压稳定性所构成的限制柔性直流输电可以实现有功和无功地独立快速控制，在对其输送的有功功率行快速、灵活控制的同时，还能够动态补偿交流母线的无功功率，稳定交流母线的电压，起到statcom的作用。这个特点不仅可以有效缓解城市中心区域大量的地下交流电缆以及空调负荷比例的日益增大造成的无功缺乏问题，而且可以为城市负荷中心提供必要的无功支撑，维持城市电网的安全稳定运行。3.提高城市电网的可控性和

33、安全可靠性柔性直流输电具有快速多目标控制能力，可以实现正常运行时潮流的优化调节、故障时交流系统之间的快速紧急支援和隔离故障限制事故扩大避免连锁故障，增强系统的可控性和抗扰动能力，达到提高其稳定性、运行可靠性和不增加短路容量、改善电能质量的目的。4.增强城市电网建设的可实施性，节省电力建设成本柔性直流输电结构紧凑、占用空间小，模块化的设计使hvdclight的设计、生产、安装和调试周期大为缩短，而且采用新型的交联聚乙烯（xlpe）挤压聚合物直流电缆不仅安装容易、快速，而且机械强度和柔韧性好、重量轻，更重要的是无油、电磁辐射和无线电干扰小，利于实现与市政设施和环境的协调，这样不仅增强城市电网建设的

34、可实施性，而且可以节省征地、赔偿等电力建设成本。5.满足电力市场要求，方便新能源接入柔性直流输电的快速灵活的有功无功的控制能力，可以实现电力市场运作的要求，即灵活控制潮流的能力，提供无功支撑等辅助服务，最大限度地满足电源与用户之间输送能力的要求。柔性直流输电可以在pq平面内四个象限运行，可以瞬时实现有功功率和无功功率的独立调节，不仅可以实现对输送功率的控制，而且改善所连接换流站的电压和频率，方便新能源的接入和增强系统的可扩展性。5. 家庭和办公直流供电方案由于现有许多家电的内部实际上是配备的整流电源，将输入的交流电转换为直流后驱动功能部件运行的。电磁炉、微波炉、电视机、计算机等电器产品，本身就

35、是这类广义的直流家电；传统的电动家电产品，如洗衣机、电冰箱和空调等，目前采用直流调速方式已经成为发展趋势。显然，这类产品也属于广义的直流家电产品。若以直流电作为这类广义的直流家电产品的输入电力，从住宅供电到家电用电的全过程，电能自始至终都是保持直流状态，从而减少由于电能转换过程造成的电能损耗。家庭直流供电有两种可行的方案。方案一如图8所示。图8 直流供电方案一保留原交流电网不变，只在每个用户的输入端安装ac/dc变换器，将原来的交流电变换成直流电，然后接入原来的室内配电线路。这种方案是一个高效大功率的ac/dc变换电路。这种方案简单、易实现，但犹豫线路短，直流供电的优点不太明显。方案二如图所示

36、。图9 直流供电方案二这种方案实际上是整个电网的改变，能充分体现直流输电的优点。在传统理论中，直流输电的优点是在长距离输电中体现的，而架空输电线路的等价距离为400km-700km之间，电联输电线路的等价距离在25km-50km之间，因此从二级变电站、末级配电站到用户之间用直流输电是不经济的。但近几年来直流输电技术进一步发展成熟，特别是轻型直流输电系统的发明，逐步打破了传统等价距离的限制。综合以上分析可以看出，采用方案二更科学合理。6. 结束语随着电力电子器件、计算机控制等技术的不断发展，柔性直流输电的输送容量、电压等级将不断提高，而系统损耗和成本将不断下降，加上国外现有实际工程的运行经验以及

37、能源战略和能源结构的不断调整和完善，柔性直流输电必将在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、交流电网互联等应用领域得到更快的发展。加快发展柔性直流输电的基础理论研究和工程实践，提高我国电网的整体科技含量，形成具有自主知识产权的关键技术，走出一条中国特色的电力发展之路，符合中国国情和中国经济发展规律，符合市场需求，符合电力工业发展规律和电网技术发展方向。参考文献1 cigre b4-37 working group dc transmission using voltage sourced converters r paris， france: international co

38、uncil on large electric systems，2004 2 abb ab grid systems - hvdcits time to connect-technical description of hvdc light technologyr ludvika, sweden: abb ab grid systems - hvdc，2007 3 汤广福，贺之渊，腾乐天，等电压源型换流器高压直流输电技术最新研究进展j电网技术，2008，32(22) : 39-44 4 flourentzou n，agelidis v g，demetriades g dvsc-based hv

39、dc power transmission systems an overviewjieee transactions on power electronics，2009，24 (3): 592-602 5 wang shanshan，tang guangfu，and he zhiyuancomprehensive evaluation of vsc-hvdc transmission based on improved analytic hierarchy processc/electric utility deregulation and restructuring and power t

40、echnologiesnanjing，china: institute of electrical and electronics engineers，2008: 2207-2211 6 l.a.s. pilotto, a. bianco, m. aredes, e.h. watanabe, w.f. long. back-to-back vsc devices: a new solution for the interconnection of asynchronous ac systemsc/cigre session 14-203paris，france: international c

41、ouncil on large electric systems，2000. 7 stefan g johansson, gunnar asplund, erik jansson, roberto rudervall. power system stability benefits with vsc dc-transmission systemsc/cigre session b4-204paris，france: international council on large electric systems，2004. 8 mats hyttinen, jan olof lamell, tom f nestli. new application of voltage source converter (vsc) hvdc to be installed on the gas platform troll ac/cigre session b4-210paris，france: international council on large electric systems，2004. 9 toshiyuki hayashi, noboru seki, masatoshi sampei, yasuji se