混合直流输电技术及发展分析

王一品

国网天津市电力公司蓟州供电分公司 天津 301900

近年来，随着大功率电子器件的普及化使用，例如绝缘栅双极型晶体管、集成门极换相晶闸管的不断应用，以及目前的电压电流水平的进一步提升，混合高压直流电得到了非常广泛的关注。此外，国外学者对于模块化多电换流器的高压直流输电系统的提出，让我国逐渐意识到混合直流输电系统的重要性以及可应用性。但是，目前现有的文献对于混合直流输电系数的基本原理、控制、保护方法等进行的研究还远远不够。比较系统全面的论述文献相对较少，此外对于总结性的混合直流输电技术的难点以及今后运用的主要领域及方向的文献也比较少，所以，对于混合直流输电技术的发展分析是很有必要的。

一、混合直流输电应用领域

当前，混合直流输电应用领域十分广泛。例如：混合直流输电系统在海岛与海上钻井平台领域方面的应用，采用此种无源网络或者弱交流系统供电时，可以发挥相应的VSC逆变站技术优势，能够降低整体系统的投资及运行费用。其次，混合直流输电系统还可以向城市电网进项供电，这不仅能够给城市带来无功支撑，使得城市短路电流大大减少，还能为城市节省空间，节省开资。最后，混合直流输电技术在大规模的风力发电、光伏等可再生能源的利用方面也取得了显著成效，它不仅能够解决长距离的输电问题，与此同时能够保证发电的稳定性，更重要的是将其中一部分进行常规直流改造后，解决了我国多馈入直流连续换相失败的问题，大大提高了电网的稳定性。

二、混合直流输电发展现状

（一）端对端混合直流输电系统

德国的不莱梅电气化铁道和电力系统联网的直流输电工程是一个经典案例，它主要采用两端混合直流输电系统，是可供参考的典型案例。该工程的主要目的其实很简单，就是将50Hz的交流电转换成32/3Hz的交流电，以便电气管道可以使用。它的逆变器是由全控器件IGCT构成的，LCC则是由整流侧晶闸管构成。系统的整体容量为100MW，10KV的额定直流电压。它采用直流电压控制整个系统的整流侧，逆变侧则主要依靠有功、无功功率控制方式。

（二）极与极混合直流输电系统

极与极的混合直流输电系统在2013年的挪威和丹麦之间建设的极4工程中被运用到。该工程在原有的三极常规直流输电系统的基础上加以建设，极4采用柔性直流输电系统，混合4极输电系统由此构成。除此之外，极与极混合直流输电系统在国内也有应用，2015年6月中国在云南的罗平背靠背直流工程中就采用此种输电系统。这种输电系统的极与极的混合直流联网主要是通过采用1000MW LCC-HVDC输电系统、1000MW VSC-HVDC输电系统实现的，这种混合直流输电系统的投运后，大大增加了我国南方境内的电网的稳定性及安全性。

（三）混合多端直流输电系统

混合多端直流输电系统目前使用的工程项目还比较少，目前只在美国开工建设的一项GBX工程中有见到。这个工程的总容量是3500MW，总体的输送距离长达750Km。两端采用的是LCC的转换站，VSC换流站构成中间的落点。这项工程的目的是要将美国西南部的联营电力的可再生能源能够进行运输，让美国的中西部地区收益，并且为美国的PJM公司带来稳定的安全的电力市场。

三、混合直流输电未来趋势

（一）利用混合直流输电系统提升常规输电性能

常规的直流输电系统存在很大的缺陷，这个缺陷就是对于受端电网的短路容量有要求，所以利用混合直流输电系统来提升常规输电系统的性能，克服此类缺点就显得很有必要。常规的直流输电系统的这个缺陷是非常容易发生换相失败的，这将导致整个系统无法运行下去。在实际的案例中也存在这样的问题，例如广东电网和华东电网，采用的常规直流工程造成多直流落点问题，其严重性在于受端系统一个点发生问题，就会引起多回流线路同时换相失败，导致直流电输送中断，安全性稳定性不能保证。

因此，对常规直流输电系统改造为混合直流输电系统就非常有必要，这不仅能够解决换相的失败问题，还能在造价节省、损耗减少方面产生很大的益处。我国的常规直流输电系统主要建设于2000年，早期的工程项目已经超过10年，甚至已经接近20年，升级改造已经刻不容缓，这些工程主要集中在我国的华东电网和南方电网。在未来，借助升级改造的机会可以让这部分电网将常规的直流输电系统进行积极改造，建设成为混合直流输电系统，这不仅在投资方面能够有一部分资金的节省，在性能上面甚至可以达到柔性直流输电系统的技术水平。

（二）利用混合多端直流技术保障电网安全运行

未来电网的一个发展趋势就是实现大规模的可再生能源的远距离输送。根据我国的地理位置考量，我国90%的水电资源在西部地区集中，而大部分的光伏、风电则集中在北部地区，可以说西北地区的负担小，但是能源多。而我国的东南地区由于人口数量较大，所以负担重但是能源少。所以能否实现大规模的远距离输电就需要多电源的输电和多落点的供电，其中多端直流输电系统将在直流电网技术中承担着很重要的责任。

到底什么是混合多端直流输电技术呢？其实就是通过串联、并联或者混联的方式连接起来的直流输电系统，但是换流站需要3个以上，而且其中一个换流站使用常规直流输电技术、一个使用柔性直流输电技术。在未来，混合直流输电技术的应用可以解决常规直流输电技术的缺陷，充分发挥其造价小、损耗少、容量大的特点，充分实现对可再生能源的利用，并且大大提高能源的使用效率，与此同时还能保证电网运行的稳定性。

结束语：

本文在混合直流输电系统的基本原理、目前存在的问题以及未来主要应用的领域等方面进行了系统论述，并且对未来我国电网系统的发展方向做出了进一步的探讨，希望能够为我国的电力事业发展提供一分参考，略尽绵薄之力。