浅析柔性输电技术在潮流控制上的应用

肖正扬

摘要：现阶段，电力工程建设发展迅速，柔性直流输电技术凭借其在电网中可控性好等优势，在未来将得到广泛的应用，有必要对其输电电压序列进行规范化。文中针对这一趋势，借鉴传统高压直流输电发展成熟的电压等级序列，并考虑已建成的柔性直流输电工程，在“技术前瞻性”等原则的基础上提出了合理的柔性直流输电电压序列。对所提出的各电压等级下的柔性直流工程进行适应性、交直流互联的安全可靠性、经济性以及效益方面的分析。根据器件设备的发展得到各电压等级的输送容量，对其进一步的经济性分析得出相应的经济距离范围，并计算出各电压等级对应配置下的柔性直流工程的投资收益率和投资回收期等经济性指标。最后运用FAHP评价±660kV及以上各输电电压等级的柔性直流输电工程，得到各电压等级下的柔性直流工程综合评价得分，从而进一步定量说明提出柔性直流输电电压序列的合理可行性。

关键词：柔性输电技术；潮流控制；应用

引言

世界各国的科技发展迅速，对新能源的发掘越来越成熟，以新能源为主要能源的分布式发电的接入越来越多，配电网设置、孤岛供电以及城市供电等应用领域也在不断扩大。因此，多端柔性直流输电系统逐渐被人们所重视，并大力推进多端直流输电系统的研究及应用。

1多端柔性直流输电系统的构成

多端直流输电系统是连接更多换流器的输电系统，3个为最低配置。目前，多端直流输电系统经常使用的网络拓扑结构包括串联拓扑结构、并联拓扑结构以及混联拓扑结构。串联拓扑结构是用串联的形式将输电系统中所有的换流器联在一起。在串联拓扑结构的输电系统网络中，经过所有换流器的电流都是相等的，所以要分配各换流器的功率，就要调节直流侧的电压。串联拓扑结构的不足之处在于，如果输电系统出了问题，整个系统的供电都会出现问题，所以它在现实使用中的可靠性其实并不高。使用并联拓扑结构的直流输电系统中通过并联连接的端口直流母线的电压都一样，在这个结构的输电系统中，要实现功率的匹配就要调节输送的直流电流，也因此，并联拓扑结构的直流输电系统相较于串联拓扑结构的直流输电系统具有非常明显的优势——能更方便清除线路中的故障，所以也具有更高的稳定性。混联拓扑结构的直流输电系统是将串联结构的直流输电系统结构和并联结构的直流输电系统结构结合在一起的输电系统。混联拓扑结构的直流输电系统能够有效减少直流输电系统的能耗损失，在很大程度上提高系统的灵活性。

2柔性直流输电电压序列的研究意义

高压直流输电电压等级指直流输电系统的额定电压，与输电工程的经济性等多个因素相关。输电电压等级不宜数量过多，一方面使电网结构复杂，安全稳定性降低，而且不便系统优化控制；另一方面增加额外电力设备，降低电网设备可用率和可代替率，增加工程投资成本，经济性较差。因此，合理确定输电电压等级序列标准对输电工程的高效开建和电网的结构优化均有较大意义。传统直流输电工程最初只有±400，±500、±800kV3个直流输电等级，考虑到以±500kV在短距离输电场合下损耗较大，经济性较差；±800kV在远距离输电场合下单位造价较高，并不能满足较长距离和更大容量的输电，后来又提出±660kV和±1100kV两个合理的电压等级，完善整个直流输电电压序列，较好地满足了各方面的需求。因此，最后基本已经形成了以±400、±500、±660、±800、±1100kV为标准的直流输电电压序列。中国目前建成的柔性直流输电工程不多，其输电电压等级序列并未形成。考虑到柔性直流技术是现在研究的热点，在未来几十年会有较快的发展，因此尽早确定合理的输电电压序列有其必要性。借鉴传统高压直流输电已形成的电压等级序列，同时考虑已建成的柔性直流输电工程，欲先提出±200、±320、±350、±400、±500、±660、±800、±1100kV，其中，额定电压为±400kV直流输电工程只有一个，因此可不考虑进电压序列中，同时，±320、±350kV两个电压等级相隔太近，只需留下一个，根据“几何均值”原则，可留下±320kV电压等级，除此之外，考虑目前IGBT等器件发展迅速，基于“技术前瞻性”原则，欲提出±1300kV的柔性直流输电电压等级。

3多端柔性直流输电系统存在的问题及控制方法

3.1存在的主要问题

作为一项发展时间不长的技术，目前多端柔性直流输电系统还存在着许多问题。其主要问题是如何实现换流站之间功率的合理分配，以及如何稳定系统直流电压。要进行换流站间功率的合理分配，就要完成换流站功率均衡化的目标。现有对输电系统使用的控制方法中，下垂控制、主从控制和电压裕度控制比较常用。

3.2电压型下垂控制

多端柔性直流输电系统中使用的电压型的下垂控制，是把多端柔性直流输电系统中的各个换流器的直流侧的输出电压设置成固定的数值，结合有功功率，对多端柔性直流输电系统进行控制。因为多端柔性直流输电系统中只有有功功率，电压型的下垂控制也存在缺陷，即存在静态偏差。电压型的下垂控制策略需要调整下垂系数来分配多端柔性直流输电系统中的直流电压和有功功率。影响多端柔性直流输电系统直流电压质量的因素有很多，其中下垂系数的取值对电压质量有着重要影响：如果对下垂系数设置的数值大于平均值，就会使多端柔性直流输电系统中输出的直流电压比实际电压低；而如果下垂系数的数值小于平均值，则会降低多端柔性直流输电系统功率的分配性能。因此，传统的电压型下垂控制策略中最重要的一步就是准确选取下垂系数。

3.3主从控制

主从控制是将多端柔性直流输电系统的主换流器和从换流器的位置和作用进行设置，对主换流器和其余的从换流器采取不同的控制策略。例如由3个换流器构成的多端柔性直流输电系统，主换流器的容量足够大，可以控制换流器的直流侧的输出电压，从而让主换流器输出的电压保持稳定。其余的2个换流器，A换流器控制有功功率，B换流器控制交流电压，A、B两个换流器结合，共同调控直流输电线路。在这样主从控制线路中，需要同时满足主换流器线路的损耗为零，而且A换流器的有功功率保持稳定，以及B换流器的交流电压保持稳定的条件。各个换流器配合运行就是多端柔性直流输电系统主从控制。

3.4电压裕度控制

在输电系统中，很大一部分都是要跨越较远的距离，对于这类的多端柔性直流输电系统，电压裕度控制这种策略在实际的应用中更加有效。多端柔性直流输电系统的电压裕度控制是需要在主从控制的基础上进行，在电压裕度控制中，需要满足以下条件：主换流器不仅要保证输出的电压持续稳定，还要有功率控制余量，所以当多端柔性直流输电系统受到输电电流的干扰时，可以通过控制主换流器的电压裕度，对整个输电系统的功率进行调节。

结语

对各电压等级进行了适应性、交直流互联系统安全可靠性、经济性和效益方面的研究。通过经济性分析，得出各电压等级对应的经济距离，使工程在确定电压等级时也能从经济距离方面进行考量。

参考文献

[1]马为民，吴方劼，杨一鸣，等.柔性直流输电技术的现状及应用前景分析[J].高电压技术，2014，40(8):2429⁃2439.

[2]汤广福，王高勇，贺之渊，等.张北500kV直流电网关键技术与设备研究[J].高电压技术，2018，44(7):2097⁃2106.

[3]汤广福，贺之渊，庞辉.柔性直流输电工程技术研究、应用及发展[J].电力系统自动化，2013，37(15):3⁃14