张嘉哲 魏鸿涛
内蒙古东部电力有限公司检修分公司±800千伏扎鲁特换流站内蒙古通辽市 028000
摘要：多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术是指使用到多个电压源换流器的柔性直流输电技术，其不仅具有两端系统的所有特性，同时还可用于构建多个送电端、受电端的直流输电网络。基于此，本文分析了多端柔性直流输电的发展现状及其应用前景。
关键词：多端柔性直流输电；发展现状；应用前景
VSC-MTDC是一种先进的输配电解决方案，既可实现有功、无功功率的独立和快速控制，又能向无源网络系统供电。在潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性保持不变，容易构成多端柔性直流输电系统。因其具有良好的特性，此技术可广泛用于交流电网同步和非同步互联、风电等清洁能源的接入、向孤立无源负荷供电等场合，具有广阔的应用前景。
一、多端柔性直流输电技术
多端柔性直流输电技术是指使用到多个电压源换流器的柔性直流输电技术，其不仅具有两端系统的所有特性，同时还可用于构建多个送电端、多个受电端的直流输电网络。多端柔性直流输电技术其自身的特点适用于风电、光伏等新能源并网、构建城市直流输配网等领域，因而近年来得到了越来越广泛的研究。另外，多端直流输电系统在换流站之间连接方式的选择上，可分为保持各换流站之间直流电压相等或保持流过各换流站的直流电流相等两种形式；按结构的不同可将多端直流输电系统分为并联结构、串联结构、混合结构三种基本的连接形式。
二、VSC-MTDC发展现状
我国虽然在柔性直流输电工程技术研究与应用方面起步较晚。但从2006年开始，国内许多研究单位及时把握住了柔性直流输电技术发展的趋势，在基础理论研究、关键技术攻关、核心设备研制、试验能力建设、工程系统集成等方面取得了许多自主创新成果，通过近年来的快速发展，我国在柔性直流输电技术研究和工程应用等方面已达到世界先进水平。
在多端柔性直流方面，我国更是取得了巨大的成就，已有两项多端柔性直流输电工程：南澳多端柔性直流输电工程和舟山多端柔性直流输电工程。南澳多端柔性直流输电工程是由南方电网公司建设的世界上第一个多端柔性直流输电示范工程，它由三个换流站并联构成，采用的是模块化多电平(MMC)技术，直流电压等级为±160kV，传输容量200MW。该工程主要用于海上风电并网，分别在广东汕头南澳岛上的青澳、金牛各建设一座风电送端换流站，在大陆澄海区建设一座风电受端换流站，三个站容量分别为5万kW、10万kW、20kW，建设直流电缆混合输电线路40.7km。
三、VSC-MTDC输电技术的应用前景
1、风电、光伏等新能源并网。随着能源的大量使用及环境的恶化，全世界都在不断推进新能源改革，风能、光伏能等可再生能源开发和利用的重要性日趋体现。我国具有丰富的风力、太阳能资源，内陆和沿海都具有较好的开发价值，但由于地理条件的限制、发电规模的制约及电能质量较差，采取交流输电技术将这些“孤岛”电源与电网相连，技术难度和运行成本较高，而传统高压直流输电技术限于容量和距离满足不了经济性要求。然而，VSC-MTDC输电系统针对于地理条件较偏远的新能源地区，不仅在保证地区供电稳定的同时，还可充分利用这些资源，无需借助外部电源或同步调相机即可实现电能传输。
同时对新能源存在的发电容量小、出力不稳定性问题，VSC-MTDC输电还能起到分布式电源汇集、改善电能质量的作用。当主网发生短路时，能有效隔离故障，保障风电场稳定运行，并提供“黑启动”能力，帮助系统快速恢复，提高风电场的风能利用率。所以，利用VSC-MTDC输电系统实现能源的并网可充分利用新能源的优势，克服其在出力特性上的缺陷，有很高的经济性和可靠性。例如，南澳多端柔性直流输电提高了海上风电利用率5％～10％。
2、孤立海岛及钻井平台的供电。海岛供电是多年来影响海岛经济发展和人民生活水平提高的主要问题之一。长久以来，一些有常住人口的海岛由于远离大陆，海岛上的小型供电系统无法与大陆大电网并网，海岛居民无法享用大电网的低价电源。另外海岛及海上钻井平台负荷小，波动大，燃料及资源利用不合理，因此海岛电价过高，电力供应可靠性较低，而VSC-MTBC可解决这些问题，让海岛居民享受低价电。
3、大电网的非同步联网。随着电网的建设和VSC-MTDC输电技术的发展，在各地区间和各区域间的异步电网互联会有利于相互的功率交换和电力交易，并且能提高经济效益，增强电网运行的经济性。因此异步电网互联会越来越普遍，多回直流输电线路落点在同一个交流受端不可避免。VSC-MTDC输电具有传输功率可控性强、无需大量无功补偿和滤波设备、无换向失败问题、谐波水平低等特点，会使它成为未来电网的多区域异步互联的主要手段。
4、大型城市供配电。由于特大城市对环境和占地极为关注，电厂从市中心转移和从外地输入大量电力的趋势不可逆转。VSC-MTDC应用于城市中心供电的优越性在于：可快速控制有功、无功功率，解决电压闪变问题，改善供电的电能质量，防止敏感设备因电能质量问题造成的经济损失；多端柔性直流输电可采用地埋式直流电缆，不会影响市容；又由于VSC-MTDC一般采用双极电缆布置，电缆磁场几乎降到零，对电磁环境的影响小，因此可满足城市中心负荷的需求和环保节能的要求。
四、VSC-MTDC系统控制策略
随着VSC-MTDC系统的发展和大量新能源发电的并网，VSC-MTDC系统的网络结构变的越来越复杂，控制难度加大，因此控制方式的选择尤为重要。
1、主从控制。假设系统中由三个变流站组成，其中一个作为主换流站，此站需具有足够大的容量，对其直流侧输出电压进行控制，保持输出电压恒定，此种情况需假设线路损耗为零。另外两个作为从换流站，分别控制有功功率或交流电压，并需保证功率或电压恒定。主从控制相对较容易实现，但对其系统信号传输的精准度和通信速度要求较高，对其上层控制有较大的依赖性，通常用在两端背靠背的直流输电系统中。
2、下垂控制。电压型下垂控制在VSC-MTDC中的应用主要是采取保持各个端口直流侧输出电压为定值，同时需利用有功功率与之配合，但因直流输电系统中不存在无功功率，只含有有功功率，而且有功功率与直流电压间存在相互约束的关系，因此必然会导致系统出现静态偏差。对于传统的下垂控制，如何分配电压或功率控制能力的比重系数主要由下垂系数决定。因此，下垂系数的取值是决定电压质量的重要因素之一，若取值过大将会影响输出电压，电压降落过大，端口电压不稳定；若取值过小，功率分配性能变差，输出电压质量较高。电压型下垂控制方法最大的优点在于多个变换器间相互协调控制，无需上层控制器协调各个变换器间的功率分配问题，对其相互间协调控制时通信信号的获取速度要求不高，但若系统发生长时间、大规模功率波动时，电压型的下垂控制将无法保持系统的稳定运行，此时需将下垂控制改为功率型，通过功率的整定值，对系统网络中的功率变化进行控制，将功率波动均摊到每个变换器。但此种方法对波动较大的系统无法实现直流电压稳定在规定范围内，因此下垂控制只适合结构简单、功率波动小的VSC-MTDC系统。
参考文献：
[1]马为民．柔性直流输电技术的现状及应用前景分析[J]．高电压技术，2015(08)．
[2]吴博.多端柔性直流输电的发展现状及研究展望[J].现代电力，2015(02)．