直流输电技术的发展思考

直流输电技术的发展思考2026年10月15日目录前言一、直流输电的缘起和发展二、国际大电网2026年会议(B4)概况三、我国直流输电技术和工程四、直流输电技术未来发展的思考结语2前言3前言一个世纪后，需要重新认真讨论直流输电技术发展直流输电技术作为实现电能高效传输与电网互联的核心手段，面对新能源大规模并网带来的电网灵活性与稳定性挑战已经成为新型电力系统构建的关键技术。全球能源转型下的电力系统命题：全球正经历以新能源为主体的电力系统重构。风光新能源，及其带来的电力电子设备大规模替代同步机组，引起的系统变化，正在从物理底层改变电网的运行逻辑。直流输电在这一轮变革中的角色，也从"能输电的通道"上升为新型电力系统的基础设施"。这正是我们需要重新、也系统地讨论直流输电技术的原因。三重结构性变化：在电源侧，风光成为主体，出力波动性与不确定性特征凸显；在负荷侧，数据中心、电动车等新型负荷快速增长并高度集中；在网架侧，电力电子化程度持续加深，系统强度与稳定性承压。这次讨论旨在系统剖析技术脉络，为行业发展提供前瞻性思考与参考。4前言直流输电的技术发展的内在逻辑、驱动因素、技术发展方向直流输电从高压到特高压、从常规到柔性直流的技术迭代，需要认识直流输电的技术发展的内在逻辑与驱动因素。研判-';-:;:(,,)">在新型电力系统建设中，直流输电技术的技术趋势、应用场景创新与关键技术突破方向。洞察全球能源转型背景下，直流输电技术的最新研发方向、标准体系建设与国际工程应用。5前言直流输电正从"点对点大容量输电工具"演化为"新型电力系统的核心技术"回顾我国在特高压直流、柔性直流领域的重大工程成就，总结技术应用的宝贵经验与成效。器件发展驱动：从汞弧阀、晶闸管到IGBT与IGCT，每一次换流器件的代际革命，都直接改写了直流输电的电压等级、输送容量与可控性边界。技术史证明，器件决定拓扑，拓扑决定应用。需求来自系统：新能源高比例接入后，弱电网场景增多、潮流方向多变；直流是维持系统稳定、实现资源跨区优化的必要基础设施。直流输电能力已被工程验证：我国已在多端直流、直流电网、特高压柔直、混合级联等全场景完成工程实践，装备与控保系统国产化水平持续提升，形成了可复制、可扩展的技术能力。66一、直流输电的缘起和发展7直流输电技术的萌芽、探索与竞争19世纪末，直流与交流输电展开激烈竞争。受限于当时电力电子技术的局限，直流输电未能占据主导地位，仅在短距离输电场景中零星应用。直流首次应用：1882年，法国人德普勒在慕尼黑国际电工博览会上建成米斯巴赫－慕尼黑试验线路：约2000伏直流、57公里、发电机约3马力（受端有用功率仅数百瓦），人类第一次把电能送到远方。同年，爱迪生在纽约珍珠街建成集中式直流电站，以110伏直流向半径约1.5公里城区供电。但直流电压无法提升，线损随距离急增，只能每隔1~2公里再建一座电站。交流优势和应用：1888年特斯拉交流感应电动机问世，威斯汀豪斯迅速产业化。交流可借变压器自由升降压，先升至万伏级远距离输送、再降至安全电压使用，线路损耗与用铜量远低于同距离直流。1891年劳芬－法兰克福175公里三相交流输电成功（升压至15千伏，效率约75%）；1893年交流赢得芝加哥哥世博会照明合同；1896年尼亚加拉水电站向约40公里外的布法罗送电，交流锁定胜局。8直流输电技术发展的三个阶段汞弧阀时代（20世纪20-70年代）核心器件：汞弧阀，首次实现大容量直流输电的技术突破。技术局限：设备体积庞大，可靠性较差，存在逆弧风险，日常维护复杂且成本高。晶闸管时代（20世纪70年代至今）核心器件：大功率晶闸管(Thyristor)，推动直流输电走向规模化应用。技术优势：关断性能可靠，彻底解决逆弧问题，体积更小，运维便捷，技术趋于成熟。新型半导体时代（20世纪90年代至今）核心器件：IGBT、IGCT等全控型器件，开启柔性直流输电新纪元。技术突破：控制灵活快速，无需换相电压，完美适配新能源并网等复杂场景。9常规直流(LCC-HVDC):汞弧阀时代1928年，具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功。汞弧阀的发明，让大容量直流输电成为现实。

1954年，世界上第一个采用汞弧阀的直流输电工程在瑞典投运。因汞弧阀制造技术复杂、价格昂贵、故障率高、维护不便，未能大范围推广应用。技术瓶颈：汞弧阀体积庞大、可靠性低、维护复杂，且存在逆弧风险和汞蒸汽毒性问题，这些固有缺陷严重制约了直流输电技术的大规模普及与发展。10常规直流(LCC-HVDC):晶闸管时代20世纪70年代，晶闸管凭借关断可靠、无逆弧、体积小等优势，迅速取代传统汞弧阀，解决了早期直流输电的技术瓶颈，成为现代直流输电的核心器件。1956年，美国贝尔实验室发明晶闸管。晶闸管体积减小、成本降低；可靠性提高。1972年，世界首个采用晶闸管阀的直流输电工程投入商业运行--加拿大伊尔河背靠背直流工程；直流电压80kV，输送功率320MW。之后大规模发展。核心优势与技术局限：具备成本低、损耗小、输送容量大等优势，适合远距离点对点输电；但依赖受端交流系统提供换相电压，在弱电网下易发生“换相失败”。11柔性直流(VSC-HVDC):技术诞生基于全控型器件的新一代技术(20世纪90年代-21世纪初)01核心器件：全控型器件的突破IGBT、IGCT等全控型电力电子器件的问世，突破了传统换流器的硬件瓶颈，为构建电压源换流器（VSC）奠定了坚实基础，是柔性直流技术诞生的关键前提。02技术优势：摆脱电网依赖的灵活性具备完全自主的有功与无功功率控制能力，无需依赖受端交流系统换相，可向无源孤岛供电并支持黑启动，同时拥有快速的动态响应和优异的谐波特性。03工程实践：从试验到规模化应用1997年瑞典建成首个IGBT-VSC试验工程；2010年我国上海南汇风电场工程投运，成为世界首个真双极接线柔性直流工程，标志着技术迈入商用阶段。IGBT功率模块：柔性直流输电的核心硬件基础，是实现电能高效变换与控制的关键12柔性直流(VSC-HVDC):MMC的兴起模块化多电平换流器的主导(21世纪10年代至今)MMC换流阀阀塔，采用模块化设计，是柔性直流输电的核心设备技术革新：第三代VSC拓扑通过大量子模块串联实现高压大容量输出，开关损耗极低且谐波性能优异，无需庞大的交流滤波器，显著缩减换流站占地与建设成本。工程实践：中国引领的标杆2013年建成世界首个多端柔性直流工程--南澳工程，验证了MMC技术在构建复杂直流电网中的可行性，成为全球柔性直流发展的里程碑。场景适配：灵活稳定的解决方案控制灵活、运行稳定，对电网强度要求低，广泛应用于新能源并网、海上风电送出及异步电网互联，是构建新型电力系统的关键技术。13柔性直流(VSC-HVDC):技术发展新一代直流输电技术（柔性直流）：基于全控型器件的新一代技术(20世纪90年代-21世纪初)技术历程：两电平、三电平、优化两电平、模块化多电平、混合式多电平。概念提出容量达到百兆瓦第一个商业工程第一个试验工程电压达到100kV加拿大Boon.Tec赫尔斯场Gotland工程Cross-Sound-USADirect-Link-TerraNora2000年1999年1997年1990年2002年2013年2015年2020年2020年2010年首个多端第一个五端首个联网工程

第一个模块化多电平工程南澳柔直厦门柔直张北工程昆柳龙工程

“十二五”863项目“十三五”重大研发项目TransBayCable14常规直流与柔性直流技术对比柔性直流的换流过程不依赖电网支撑，无换相失败。交流电网故障时，不但能穿越故障，还能主动控制提供电压支撑，提高电网稳定。快速跟踪新能源波动功率，同时还能通过无功控制抑制新能源引起的电网电压波动。柔性直流传统直流换流元件全控型器件（如IGBT），可控关断半控型器件（晶闸管），依靠电网电压换相关断交流电网交流电网可以没有同步机电源支撑交流电网必须有同步机电源支撑换相失败没有换相失败，全穿越交流故障存在换相失败，即无法正常输送电力电网强度没有要求对电网的强度有要求，通常情况下短路容量不小于直流容量的2倍15二、国际大电网2026年会议(B4)概况(CIGRESession2026--B4HVDCandPowerElectronics)周月宾李立涅2026年10月15日长沙16中国参会情况-整体情况2026年8月23-28日，第51届国际大电网会议在法国巴黎举办。中国学术界、产业界250多人参与大会各项活动，积极对外展示我国新型电力系统建设成果获奖情况：雷博获CIGRE青年专家突出贡献奖，周月宾、薛峰、李亚楼等10位中国专家获CIGRE杰出会员表彰17中国参会情况-B4专委会中国在CIGRE直流领域的影响力持续提升，多位专家担任核心职务南网、国网、怀柔实验室、企业/高校10余名专家积极参加全体委员会议李立涅、饶宏、许树楷、袁智勇、周月宾、廖梦君、何嘉兴、刘韧、张依宁、贺之渊、杨杰、吴亚楠、江淘莎、李金元、詹长江等中国专家担任职务情况许树楷就任B4主席(2026-2030)江涛莎就任B4秘书周月宾B4中国代表张依宁B4青年委员18中国参会情况-B4专委会中国参与度逐步提高，牵头7个在执行的工作组，另新增申请3个新工作组编号工作组主题中国专家B4/A3.86FaultCurrentLimitingTechnologiesforDCGridsZhiyuanHeC1/B4.49OffshoreTransmissionPlanningYongtaoYangB4.96HVDCConnectionofPowerSystemwithHighProportionofPhotovoltaic(PV)GenerationQiGuoB4.102TechnicalRequirementsandScenarioConsiderationsonGrid-FormingCapabilitiesofVSC-HVDCSystemsZhiyongYuanB4/C4.105BenchmarkModelsforMulti-InfeedHVDCStudiesRaoHongB4.108RoadmapandTechnicalChallengesforIntegratedDCPowerGridRongZengC4/B4.72LightningandSwitchingInducedEMCIssuesinDCPowerSystemsandNewEmergingPowerElectronics-basedDCEquipmentQingminLi—EngineeringGuidanceofSeismicDesignforHVDCConverterStation—EMTModelingandSimulationofAIDCPowerSupplySystem—AI-basedConditionPerceptionTechnologyforVSCValve中国参会情况-B4专委会B4委员会共收录123篇论文，聚焦直流输电与电力电子领域的规划、保护、控制、装备、海上工程、数字化及标准化等关键问题中国发表论文14篇，主要来自南网、国网、西交、清华、南瑞继保和思源电气01HVDC/MTDC系统规划、设计与工程集成(11篇)07FACTS、STATCOM、同步调相机与电网稳定(13篇)02HVDC保护、故障分析、故障穿越与恢复(17篇)08绝缘、接地、过电压、EMC与设备测试（13篇）03直流断路器、故障限流与直流开关设备（11篇）09数字化、AI、监测、通信与运维（9篇）04换流器/MMC建模、控制与稳定性（10篇）10电力电子变压器、DC-DC与新型负荷供电(8篇)05构网型控制、惯量、频率与系统强度（12篇）11可靠性、标准、经济性与市场（10篇）06海上风电、海上换流站与海底/动态电缆(9篇)20B4收录论文讨论的热点议题PS1直流设备与系统采用LCC在接入孤岛或弱系统时存在局限，LCC或混合直流方案已作出哪些改进，以克服这些局限并保留LCC技术的优势?构网型控制因有望增强电网强度、提高系统稳定性而日益受到关注。(a)在设计选型、功能规范、设备额定参数及控制整定方面，构网型直流主要面临哪些技术与系统集成挑战？（b）从示范走向规模化应用时，应总结哪些经验、采用哪些验证方法指导后续工程，特别是预期性能、动态建模，以及弱网运行、孤岛运行、换流器相互作用和故障穿越的最低试验要求?过去十年，LCC一直是特高压直流尤其是大功率远距离输电的优先方案。随着半导体器件进步，VSC正成为可行的替代选择。（a）VSC-HVDC开发与实施已积累哪些经验？（b）大功率输电选择LCC或VSC时，应考虑哪些关键技术、运行和经济因素？（c）两种技术用于特高压直流时有哪些主要差异，这些差异如何影响工程设计、系统集成及运行性能?B4收录论文讨论的热点议题PS1直流设备与系统高压直流设备市场需求旺盛，过去十年工程成本明显上升。主要制造商因多种原因更关注大容量项目，使较小项目难以获得足够重视和成本优化方案，甚至被取消。对于相对小型的高压直流工程，目前有哪些具有成本竞争力的解决方案?多个用于海上风电送出的2GW、±525kV高压直流项目已完成授标，也可能为未来互联工程奠定基础。(a)该技术开发至今发现了哪些关键挑战?(b)这些方案采用专用金属回线(DMR)，其电缆通常独立于换流设备合同采购，而中性点接地设计由直流设备制造商负责。为保证金属回线电缆正确设计，应尽早明确并向电缆供应商传递哪些运行技术要求?海上高压直流正由标准化点对点连接向可分阶段接入的多端预留架构发展。在尚未启用多端运行的首期工程中，应实施并测试哪些最低限度的控制、保护和互操作功能？对于下一代海上高压直流设备，需要怎样的设计验证框架?22B4收录论文讨论的热点议题PS1直流设备与系统为使多端高压直流系统在直流故障、换流器闭锁及新能源大扰动下具备可扩展性，保持安全运行、频率支撑和供电连续性，其控制设计、协调策略及互操作要求有哪些关键要点?当前及近期多端高压直流电网中的断路器动作和高速开关过程，如何影响换流器、电缆与开关设备承受的暂态应力？对设备技术规范、绝缘配合和调试实践有何影响？直流电网发展的一项主要难题，是共享详细电磁暂态（EMT）模型开展仿真，以及在特定场景下将不同制造商的控制屏柜接入实时试验环境。当前有哪些方法可以解决知识产权顾虑？未来还需完善哪些条件来支持此类试验?作为设施业主，如何平衡日常运行费用与老旧高压直流、LCC设备质保期后不断增加的维修维护费用？在主要寿命阶段，典型的全生命周期管理策略与重点是什么，特别是在可靠性、备件管理、技术淘汰应对、改造、延寿和更换规划方面?23B4收录论文讨论的热点议题PS1直流设备与系统随着高压直流系统规模、复杂性和运行重要性增加，先进监测、诊断与状态评估对提高可靠性、减少非计划停运日益关键。（a）已发现哪些可供行业借鉴的非预期故障、运行问题或系统行为?哪些事件最值得共享并用于改进未来设计？（b）如何融合数字传感、自动监测及数字孪生，提高诊断、决策和预测性维护能力，尤其针对老旧直流设备群？对于运行数据格式不同的多供应商直流设备群，还应特别考虑哪些问题?随着大量LCC系统接近寿命终点，建议采用哪些技术升级策略？应优先在原有设施基础上延寿并更换备件，还是新建采用LCC或VSC技术的替代工程，通过分阶段线路切换实现过渡？原址升级规划、长期场站退役、设备回收及新建替代工程开发，分别面临哪些关键挑战?24B4收录论文讨论的热点议题PS2柔性交流输电系统与电力电子STATCOM正从无功补偿设备发展为配置电池或超级电容储能的构网型设备。电力企业应如何验证其控制能够改善电压和频率稳定性，同时避免引入新的失稳模式？论证储能型STATCOM增加成本的合理性时，应重点考虑哪些因素?大容量STATCOM近期已部署至500kV等超高压等级。在调试、控制协调和初期运行性能方面积累了哪些经验？这些经验如何指导未来新能源占主导电网中的应用？输电系统采用基于MMC的潮流控制器，其设计和部署有哪些主要技术挑战？换流器拓扑、调制策略、保护配合及构网型控制，如何影响新能源占主导弱电网中的动态潮流调节与稳定性？与移相变压器及传统统一潮流控制器（UPFC）相比，有哪些优缺点?25B4收录论文讨论的热点议题PS3支撑能源转型的直流与柔性交流输电新技术和新理念多供应商多端直流系统还有哪些技术问题需要全行业协同开发，应由哪些利益相关方参与解决?工程投运前验证多供应商多端直流互操作性，在方法、试验程序及标准方面还存在哪些空白?随着构网型高压直流、构网型STATCOM及多供应商多端直流进入采购阶段，如何规定可量化的构网型性能要求、研究方法和供应商交付内容，以公平比较并可靠验证不同供应商的方案?多篇论文讨论了构网型换流器。不同控制实现的细节可能因知识产权原因无法获取，但业主在工程早期需要了解其差异和技术限制。（a）工程早期有哪些手段可识别特定构网型控制实现的潜在局限？（b）应开展哪些研究，以明确构网型换流器需求及其限制？（c）应规定哪些主要性能要求?高压直流研究要准确反映新能源特有的动态行为，尤其评估弱网或高比例新能源工况下的性能，电网模型精度和等值范围应满足哪些最低要求?26B4收录论文讨论的热点议题PS3支撑能源转型的直流与柔性交流输电新技术和新理念技术选择正由单一LCC大容量输电，拓展至VSC特高压直流、LCC/VSC混合方案、先进电流源换流器及具备直流故障管理能力的架构。未来特高压直流“最终形态”应采用怎样的评价框架？这些新技术要在特高压、多吉瓦尺度上替代或补充LCC，必须达到哪些性能门槛?CIGREOneGrid倡议将整个电网作为统一、集成的体系进行规划、运行和治理。应主要将其视为面向超大规模数据中心、新能源接入、港口和工业园区的特定解决方案，还是覆盖电网的更广泛架构？为实现这一转变，行业应优先采用怎样的演进路径，包括既有交流设施分阶段改造、交直流混合运行或全新中压直流设计?面对电网需求增长及负荷快速变化，特别是人工智能数据中心带来的影响，新技术如何应对这些挑战，并通过快速安装投运及时发挥作用？换流器设计还需考虑哪些因素，以适应此类变化?27国外柔性直流工程进展情况-欧洲德国Ultranet工程，预计2026年底建成工程规模直流电压±380kV，输电容量2000MW，直流线路长340千米送受端情况送端奥斯特拉：风电富集区，与A走廊（A-Nord）项目相连受端菲利普斯堡：工业负荷中心技术亮点（1）混合输电：对现有380千伏交流线路进行改造，加装直流导线，在不新建大量铁塔的情况下，大幅提升了输电容量直流线路故障清除采用全桥MMC方式28国外柔性直流工程进展情况-欧洲德国-丹麦博恩霍尔姆能源岛项目，计划于2033年投运工程规模直流电压525kV，输电容量超3200MW线路全长约400公里送受端情况送端博恩霍尔姆岛：电力枢纽，汇集海上风电受端梅克伦堡-前波美拉尼亚州：并入德国电网受端霍耶-措斯楚普变电站：并入丹麦电网技术亮点(1)世界首个将海上风电汇集与跨境互联功能结合的大型能源岛（2）采用构网控制，支持100%可再生能源并网计划于2033年投运29国外柔性直流工程进展情况-美国美国SunZia工程，2026年6月全面投入商业运营工程规模直流电压±525kV，容量3000MW，线路885公里送受端情况送端位于新墨西哥州，输送SunZia风电场的风能，其装机容量达3650兆瓦，为美国最大的风电场。风电场配备916台涡轮机、10个集电变电站、115英里架空集电线路、130英里345千伏交流联电（或发联）线路，以及一个开关场。通过34.5kV、345kV、500kV三级升压后接入换流阀受端接入亚利桑那州电网，由数据中心、电气化和工业增长驱动的电力需求增长30国外柔性直流工程进展情况-美国美国SunZia工程，2026年6月全面投入商业运营技术亮点(1)具备构网型控制能力，可自主建立并维持交流电压和频率基准，将3.5GW可再生能源发电稳定地并入弱电网采用交流断路器+半桥MMC方式清除直流架空线故障(3)首次在美国陆上风电中应用交流耗能技术以在故障期间快速耗散盈余能量、维持系统稳定。当发生暂时性故障时，交流斩波器会被激活并消散多余能量(4)控制系统实现SunZia东西换流站间的协调控制，灵活地调节电力潮流，在光伏发电出力下降时提高风电输送比例，缓解太阳能发电在傍晚时段快速回落所带来的“鸭子曲线”(DuckCurve)问题31国外柔性直流工程进展情况-美国美国NorthPlainsConnector项目，2026年6月全面投入商业运营工程规模

直流线路长约676公里送受端情况送端位于蒙大拿州的科尔斯特里普受端接北达科他州电网技术亮点具备黑启动（BlackStart）能力32国外柔性直流工程进展情况-美国美国SouthernSpiritTransmission项目，规划中，预计2029年全面开工工程规模

直流线路约515公里送受端情况送端位于得克萨斯州，与美国其他区域电网互联互通较弱受端接密西西比州电网技术亮点具备双向输电能力，提供电压和频率支撑，增强电网韧性打破德州电网“孤岛”状态33国外柔性直流工程进展情况-巴西巴西NordesteIIVSC-HVDC工程，规划中，预计2027年招标工程规模巴西首个VSC-HVDC工程双极3000MW、±600kV送受端情况送端站：高比例光伏/风电并网，系统短路比极低受端站：邻近7个LCC逆变站，构成多馈入技术亮点具备构网应用潜力，支持黑启动能力直流线路故障清除采用交流断路器+半桥MMC方式两站均可运行于STATCOM模式34国外柔性直流工程进展情况-印度印度孟买城市馈入（MumbaiCityInfeed），2026年投运工程规模

直流线路约80公里送受端情况送端库德斯变电站：汇集来自其他地区的电力受端艾瑞变电站：服务于城市负荷中心技术亮点具备构网应用潜力，支持黑启动能力采用紧凑型换流站增强电网强度、提供无功支撑具备黑启动和电网恢复能力35国外柔性直流工程进展情况-印度印度孟买城市馈入（MumbaiCityInfeed），2026年投运工程规模

直流线路约80公里送受端情况送端库德斯变电站：汇集来自其他地区的电力受端艾瑞变电站：服务于城市负荷中心技术亮点具备构网应用潜力，支持黑启动能力采用紧凑型换流站增强电网强度、提供无功支撑具备黑启动和电网恢复能力35国外FACTS工程进展情况-美国由AI和数据中心引发的、前所未有的负荷大增长导致美国电网升级数据中心用电占比将从2024年的4-5%飙升至2030年的9-17%，2035年达10-20%美国数据中心用电占据全球总量近40%，五年内全球需求近乎翻倍OpenAI与软银在俄亥俄州签署10GW级数据中心协议，单体负荷堪比十座核电机组传统的输电网络根本无法承载这种动辄10GW级别的集中式单体负荷。必须建设输电能力是传统线路6倍的765kV线路，才能将电力输送到这些数据中心集群所在地STATCOM作为动态无功补偿装置，能够在毫秒级内精准吸收或发出无功功率。不仅能解决765kV线路的充电电压问题，更能为这类高波动性的“巨型数据中心负荷”提供动态电压支撑，避免电网在负荷激增或突变时崩溃。因此，在PJM、MISO等区域的电网升级计划中，STATCOM被明确列为关键的配套设备36国外FACTS工程进展情况-美国美国动态无功补偿（STATCOM）应用工程美国电网STATCOM工程电压等级和容量逐步提升，以应对FIDVR、大型负荷并网和特高压支撑等需求；其中俄亥俄州765kV/1200Mvar工程是当前容量最大的项目地区电压等级容量工程目的Connecticut115kV150MVAR替换旧设备，复用现有资产以降低成本并缩短停机时间Georgia230kV150MVAR缓解故障诱导电压延迟恢复（FIDVR）问题Alabama230kV150MVAR增强发电厂附近的电压稳定性Louisiana345kV300MVAR为大型负荷并网提供电压支撑Texas345kV300MVAR为大型负荷并网提供电压支撑Ohio（600Mvar）765kV600MVAR支撑765kV特高压输电系统WestVirginia765kV500MVAR支撑765kV特高压输电系统Maryland765kV500MVAR支撑765kV特高压输电系统Ohio（1,200Mvar）765kV1,200Mvar支撑765kV特高压输电系统，容量最大37国外FACTS工程进展情况-欧洲德国E-STATCOM工程，预计2031-2035年陆续完工在德国Raitersaich、Sittling、Eschborn、Stadorf四个站点部署E-STATCOM容量为300MVAr，电压为400kV技术亮点动态电压控制：紧凑型无功补偿和高度动态的电压控制构网型控制：提供构网型控制，用于系统阻尼、暂态稳定和防止停电有功功率支撑：200MW有功功率，持续1.25秒惯量贡献：2500MWs38研究报告情况-VSCHVDC在系统黑启动恢复中的应用01背景与目标大停电造成关键基础设施损失，恢复时间以小时计传统黑启动依赖同步发电机，受站址与容量限制VSCHVDC具备灵活性，可作为替代黑启动电源02VSC核心优势（对比LCC）黑启动能力：无需外部电网即可建立电压频率参考独立控压：有功/无功解耦控制，弱短路比下稳定运行可带无源网络：长电缆、空载变压器、静态负荷均可激活构网型控制：更适合作为黑启动单元项目LCC-HVDCVSC-HVDC电力电子器件晶闸管绝缘栅双极晶体管VSC-HVDC技术的优势提供被动网络不是通信故障是不独立无功功率控制不是（通常为MW额定值的33%）需进行交流谐波滤波是极少或无固有黑启动能力不是半导体级控制点火角控制脉宽调制变电站占地面积因使用ACF/FACTs装置而增大若尺寸较小，通常无需设置ACF。反向功率流速度较慢；必须反向电压快速；改变电流方向LCCHVDCVSCHVDC核心优势•成熟且经过验证的技术•高功率传输能力•降低变换器损耗•卓越的直流故障处理能力核心优势•具备自启动能力（无需外部电网即可供电）•独立电压控制•适用于弱电网/低短路强度环境•可为被动网络和长距离电缆供电•更适用于作为黑启动装置（BSU）使用39研究报告情况-VSCHVDC在系统黑启动恢复中的应用03黑启动恢复流程健康侧VSC运行GFL模式，控制直流电压故障侧VSC切换GFM模式，建立交流电压与频率软启动逐步激活线路、电缆、变压器与负荷同步并网→控制模式回GFL→逐步恢复正常运行VSC1VSC2HVDCconnectionAC1AC2系统已失效健康系统OpenCloseDeblockedStandbyBlockedPir-预插入电阻~~*PCC-公共耦合点04关键设计要求与交互风险必备条件：GFM控制、辅助电源、冗余站间通信仿真验证：EMT暂态建模+RTS实时仿真主要风险：铁磁谐振、变压器励磁涌流、多VSC/IBR/LCC控制交互用于验证基本黑启动功能的RTS测试系统Generator!TheveninequivalentLine/CableRepresenting(S"healthysystem"Tobesynchronized'LoadC&PmeasuredsignalsNote:Location,lengthandsizeoftheHVDCC&PreplicaequipmentarespecifictothenetworkunderHardwareBSR.特殊场景：海上风电需评估资源可用性与无惯性问题40研究报告情况-HVDC保护发展：成熟度并协调多供应商解决方案德国能源转型迫使规划从点对点转向多端，必须采用部分选择性保护概念，通过定义清晰的保护区来实现故障的选择性隔离科拉·佩蒂诺-瓦格纳博士(Dr.CoraPetino-Wagner)(TenneT)安德烈亚斯·萨恰克博士(Dr.AndreasSaciak)(50Hertz)在多供应商项目中，TSO需承担整体系统设计责任，明确子系统规范并建立分区策略，以确保不同制造商的设备能够兼容互操作41研究报告情况-HVDC保护发展：成熟度并协调多供应商解决方案MTDC（多端直流）韧性是一种系统属性。它需要换流器故障穿越、保护区、冗余配置和设备额定值的协调设计。2GWMTDC系统对DCCB（直流断路器）提出了严苛的要求:高可用性、主动限流、多次自动重合闸以及高持续电流能力。迪迪埃·科泰(DidierCottet)(HitachiEnergy)混合式高压直流断路器结合了低导通损耗与快速、可控的故障开断。它已在350kV下得到验证，目前已扩展至550kV。因此MTDC电网的可行解决方案。42研究报告情况-HVDC保护发展：成熟度并协调多供应商解决方案直流故障隔离过程协调要求：多端高压直流（HVDC）系统的选择性保护要求主保护和后备保护装置处的故障电流上升率与其各自的能力相匹配，可以通过合理设计串联在直流断路器（DCCB）中的直流电抗器容量来实现，因此，与主直流断路器相比，位于距离直流故障点较远的后备直流断路器所经历的故障电流上升速度会更慢。在此基础上，GEVernova正在开发一种自主故障隔离概念：1)确保主保护和后备保护装置在其能力范围内自主跳闸；2）确保主保护和后备保护之间的协调，而无需使用通信；3）确保在面对高冲击故障时实现超快速保护动作；4）应支持多供应商互操作性，因为它建立在确保直流故障隔离过程协调的必要系统特性之上。43布鲁诺·吕斯康(B-ru">n-oLuscan)GEVernova43研究报告情况-HVDC保护发展：成熟度并协调多供应商解决方案直流故障电流无过零点且上升率极高，未来需采用部分选择性网状架构并利用超导限流器（RSFCL）作为潜在的解决方案本杰明·马歇尔(BenjaminMarshall)(英国)超导故障限流器的组件已成熟，但系统集成仍是挑战，其实际应用（如南澳项目）证明可显著限制故障电流并降低对DCCB的要求。克里斯托弗·克鲁索(ChristopheCreusot)SuperGridInstitute44研究报告情况-采用全桥VSC、混合线路的双极多端HVDC从VSC原理出发，逐步深入到双极运行、故障清除策略、拓扑方案对比以及换流站的物理布局，完整勾勒了多端直流系统从理论到工程落地的全貌。约亨·豪德(JochenHaude)Ultranet作为德国首个多端HVDC系统，采用全桥MMC拓扑以主动应对直流侧及交直流系统间故障；在交流故障后，通过构网型控制过渡到孤岛运行并快速恢复平衡稳定。克劳斯·芬内曼(KlausVennemann)Ultranet项目组JiahuaWeng(TransnetBW)STATCOM模式下的实际运行数据表明换流器损耗主要由无功输出决定，且EMT仿真与实测在正负序q轴电流上高度一致，验证了其动态无功支撑的有效性。45研究报告情况--现代电力系统中的构网型技术及其控制王雄飞清华大学分析对比了构网型控制、跟网型控制，构网型（GFM）技术虽在弱电网下优势显著，但面临惯量量化困难、能力耦合及非线性动态导致的市场转化挑战。格尔曼·库恩(GermanKuhn)西门子能源实际应用中短期储能可靠且不间断运行。构网型SVG展示了与同步机相当的输电级性能和稳定贡献。现场测试证实了预期行为，验证了先前研究的关键发现，同时提供了额外的运行见解。E-STATCOM已经在真实电网条件下展示了其性能!詹长江南瑞集团针对现有测试方法的局限，提出全功率PHIL测试平台，并展示了GFMBESS在Ejina项目中的实际稳定控制效果。46研究报告情况--现代电力系统中的构网型技术及其控制构网型控制可应用于HVDC。对于有功功率控制节点，高压直流互联的交流系统必须具备提供动态功率能力；对于直流控制节点，构网控制受到维持高压直流输电稳定性需求的制约。HVDC的两端均可采用构网控制，通过协调功率指令，可以为直流电压控制站释放额外的能量卡尔·巴克（CarlBarker）通用电气（GEVernova）

47李俊哲（JuncholLee）延世大学2026年CIGRE会议技术洞察48国际直流关注点已从"输电能力"转向"电力系统"CIGRE2026的核心信号：直流与电力电子的价值，正在从"送电"扩展到"电网"。010203议程层面技术层面制度层面构网型技术被单列为B4与C4的联合工作坊，占据整整四小时。这在以往的会议议程中并不常见，说明其优先级已明显上升。讨论焦点从装置容量、损耗等"性能指标"，转向自同步、惯性响应、电压支撑等"系统支撑能力"，评价标准发生位移。ENTSO-E、NESO、ESIG等同步推进并网导则修订，构网型要求正从倡导走向强制，技术规则开始定型。49趋势一：集成直流电网概念的提出与深化CIGREB4.108工作组提出“集成直流电网”概念，旨在打破传统电力系统的壁垒，构建覆盖发电、输配、用电全环节的端到端直流+交流系统构成能源系统，重塑未来电力架构。核心思想：打破不同电压等级（UHVDC/HVDC/MVDC）与应用领域的壁垒，构建从源到荷的端到端直流能源链，实现能源生产、传输与消费的无缝衔接与高效协同。演进路线：从当前作为交流补充的“补丁”阶段，逐步迈向特定领域的“局部主导”，最终实现全环节渗透的“原生直流架构”，完成电力系统的范式升级。关键挑战：需攻克多电压等级互联变换、快速可靠的直流故障保护，以及多层次协同控制等核心技术难题，保障系统的安全稳定运行。50趋势二：新型电力电子器件商业化加速新型电力电子器件的商业化加速。以SiC为代表的宽禁带半导体，高效率、高功率密度等系统级优势非常明显。技术突破：宽禁带半导体的性能跃升。SiC、GaN等第三代半导体器件具备高耐压、低损耗与高频开关特性，突破传统硅系统重构：全链路成本的优化平衡。虽然单器件成本较高，但可大幅缩减磁元件体积与散热系统规模，实现系统整体成本持平甚至更低，带来显著的全生命周期经济效益。前景广阔：规模化应用加速落地。预计未来2-3年，SiC器件成本将降至IGBT的2倍左右，渗透率将快速提升，成为柔性直流输电、新能源并网领域的主流选择。碳化硅（SiC）晶圆：第三代半导体核心材料551趋势三：直流电网保护技术取得发展中国南方电网CHINASOUTHERNPOWERGRID直流电网的低阻抗特性导致故障电流上升极快，对保护系统的动作速度与可靠性提出了极高要求。微型直流断路器新型保护方案：提出基于暂态能量分析的单端量保护方法，无需依赖通信通道，解决了传统保护受通信时延制约的痛点。毫秒级极速响应：故障发生后3-5毫秒内即可精准识别并发出跳闸指令，快速隔离故障区域，有效抑制故障扩大化。构建网状电网的基石：为构建大型网状直流电网提供关键的安全保障，扫清了制约直流电网规模化发展的核心技术障碍。趋势四：超导直流输电的探索为突破传统电缆的电流密度限制，进一步提高输电容量，超导技术被视为下一代输电技术的重要方向，有望重塑远距离电力传输格局。SCARLET项目：欧盟联合攻关。欧盟SCARLET项目在CIGRE发布成果，验证高温超导(HTS)电缆在中压直流输电场景的可行性，突破传统电缆的电流瓶颈。技术突破：高密高效传输。实现超10kA的电流密度，以较低电压等级承载大容量电力，可省去昂贵的海上换流站，简化输电系统架构。应用前景：降本增效新路径。为深远海风电并网提供低成本解决方案，大幅降低远距离输电损耗与建设成本，加速海上风电规模化开发。53趋势五：数字化与智能化深度融合人工智能与数字孪生技术的深度融合，正成为驱动直流输电系统智能化升级的核心引擎，为电网安全高效运行提供坚实保障。基于数字孪生技术的变电站三维可视化监控平台AI驱动的预测性维护。利用机器学习对设备运行大数据进行实时分析，精准识别异常特征并提前预警潜在故障，实现从“被动维修”向“主动预防”的转变，大幅提升设备可靠性与使用寿命。高精度数字孪生仿真。构建换流站与直流线路的全要素数字孪生模型，实现系统运行状态的实时镜像、故障模拟与控制策略优化，为调度决策提供精准的虚拟验证环境，提升系统智能化管控水平。54三、我国直流输电技术和工程55我国直流输电技术发展

直流工程柔直工程13项56常规直流在中国的起步开启中国直流新纪元上海南桥换流站阀厅改造现场实景，见证了中国直流输电技术的起步与发展舟山直流工程(1980年)

葛洲坝-上海南桥工程(1989年)

57中国直流输电发展历史的里程碑-葛上直流投产时间1989年；直流电压±500kV；输送功率1200MW；线路长度1052km。我国第一个±500kV直流输电工程，理解和掌握现代高压直流输电技术。为中国培养、成长一批直流输电技术人才。换流站葛洲坝-上海直流输电走廊58特高压直流输电发展历史的里程碑-云广直流

首个特高压直流输电工程；400kV+400kV双阀组接线，运行灵活、可靠性高。四川福建穗东换流站穗东输电走廊59特高压直流输电发展历史的里程碑-昌古直流投产时间2019年9月；直流电压±1100kV；输送功率12000MW；线路3305km。世界唯一的±1100kV特高压直流输电工程，电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远。225.2米主跨越塔换流站60柔性直流输电发展历史的里程碑-南澳多端柔直投产时间2013年12月；直流电压±160kV；容量200MW；采用并联多端方式。世界首个多端柔性直流输电示范工程，实现了南澳岛多个风电场通过直流输电汇集送出。61特高压柔性直流输电发展历史的里程碑-昆柳龙特高压柔直

昆柳龙直流工程示意图满负荷运行62直流输电发展历史的里程碑-张北直流电网投产时间2020年；直流电压±500kV；张北、北京换流站容量均为3000MW，康保、丰宁换流站容量均为1500MW。世界上第一个直流电网工程，采用直流断路器清除直流线路故障。1500MW1500MW站3站23000MW3000MW站4站1张北柔性直流电网工程示意图

63陕北-安徽±800千伏特高压直流输电工程2026年6月建成投运，直流线路全长1055千米。工程额定电压±800千伏，额定容量800万千瓦。“十五五”期间首条建成投运的特高压直流工程，是陕北大型风光基地电力外送的骨干通道，标志着新一轮特高压建设进入密集投产期。64直流输电发展历史的里程碑-青洲五、七期海上风电2026年9月27日首批并网；直流电压±500kV；设计容量2000MW。海上创新应用全球首个±500kV对称单极柔性直流系统，突破性取消传统海上升压站，通过集约化设计优化系统架构、破解深远海输电短路电流超标、线路谐振等技术难题，大幅降低输电损耗与设备投资。65我国直流输电已实现从"跟跑、并跑"到"领跑"的跨越--电压等级最高、输送容量最大、工程类型最全，形成覆盖常直、柔直、混合直流的完整工程实践体系。不能满足“领跑”，要有核心的新创造。66四、直流输电技术未来发展的思考67直流输电技术未来发展的思考关于直流组网直流输电（包括柔性直流系统）理论、系统及其拓扑结构直流背靠背工程海上风电送出常规直流和柔性交流输电中低压直流输电工程核心器件控制系统智能化，控保一体化，控保功能优化。，，，68直流输电技术未来发展的思考关于直流组网实现直流组网，一直是我们的理想。如何组网，首先是技术问题：一是依靠直流断路器；二是依靠控制系统。

希望实现依靠控制系统组网：控制系统是构建直流网状电网的基石，为构