作为新一代电力系统技术，柔性输电技术就像为电力输送装上了精准的“调度器”，能够实现电流精准控制，有效提升电网的输送能力和安全稳定水平。

（一）远距离输电选择直流还是交流，这是一个问题

在介绍柔性直流技术之前，先让我们来复习一下历史上的两次“交直流大辩论”。

第一次发生在19世纪80年代，当时还没有输电线这种东西，围绕使用交流还是直流输电，科学家划分为两大阵营——以美国发明家爱迪生、英国物理学家开尔文为代表的直流派，美国发明家威斯汀豪斯、电气工程师特斯拉为代表的交流派。最终，交流输电以其灵活组网和升压降压的优势，赢得了论辩胜利，从此迎来了交流电力网的迅猛发展。

众所周知，电力线中流淌的都是正弦变化的交流电，因此接收端也是清一色的交流电，我们生活中用到的电器也都是使用交流插头的。但是你仔细观察过吗，液晶电视、电脑主板芯片、手机芯片实际上用的都是直流电，在我们用电的末端很多电子器件都是直流电的天下。这就是第二次“交直流大辩论”发生的背景——信息革命与电力电子技术的发展成熟。

这一次辩论关注的是特高压（交流1000千伏、直流±800千伏）输电是选择直流还是交流。中国工程院院士李国杰曾说过，“大功率电力电子技术的发展与成熟，使得直流输电受到青睐，远距离大功率输送促使直流输电进一步发展，直流输电系统还提高了电力系统抗故障的能力，无需进行无功补偿，同样电压等级的直流输电能输送更大功率，损耗小”。

直流输电定位于超远距离、超大容量“点对点”输送的“直达高速”，很难组成网络。交流输电兼具输电和构建网络双重功能，是连接各类能源的“省市县公路”。直流输电可以减少大量无效损耗，但制约直流输电发展的最大关键在于是否具有巨大且坚强的交流输电网。

直流在高电压、大容量、远距离传输上确实有独特优势，但是目前的网架结构还是交流体系下的，短期内不可能推倒重建网架结构，而且直流目前尚不具备复杂组网功能。因此，论辩的结果是直流输电和交流输电只能互补，不能互相取代。

目前中国的特高压电网建设遵循“交直结合、强交强直”策略，已建成投运“九交十直”。

（二）传统高压直流输电与柔性直流输电的特征大揭秘

说到高压直流输电技术，关键要谈两个东西——换流阀和控制技术。一个硬件、一个软件，一个内功、一个外功。

20世纪50年代，高压直流输电技术还处于试验阶段，采用的是汞弧阀换流器，核心器件是晶闸管（Thyristor，又称可控硅整流器），属于半控型元件，栅极（G）触发后无法关断，只有阳极（A）和阴极（K）自己不通时才能关断，因此换相过程需借助外部的交流电压来完成，这称之为有源逆变，且受端系统必须有足够大的短路容量，否则容易发生换相失败，从而导致通道中断，甚至电网崩溃。

这种换流器运行时要产生大量低频谐波污染电网，需要加入专门处理“垃圾”的过滤装置。同时，换流器需吸收大量无功功率，需要建设大量与其相匹配的无功补偿装置。

20世纪90年代以后，电力电子技术逐渐发展成熟，出现了具有可关断能力的新型半导体器件，如绝缘栅双极晶体管（IGBT）、门极可关断晶闸管（GTO）等，此类全控型器件逐渐取代传统半控型晶闸管应用于直流输电领域中，基于电压源换流器的柔性直流输电技术(Voltage Source Converter based High Voltage Direct CurrentTransmission，简称VSC-HVDC)应运而生。

柔性直流输电技术，最早是由加拿大的Boon-Teck Ooi等人于1990年提出，是一种以电压源换流器、自关断器件（IGBT）和脉宽调制（PWM）技术为基础的新一代高压直流输电技术。相比于传统高压直流输电，该技术具有5大优势：

1、可控性强，可关断器件可以进行开与关的完整控制，无需交流侧提供换相电流，因此也就不存在换相失败的问题；

2、得益于完整控制，柔性直流输电在交流侧无需大量无功支撑，占地面积减少。

3、无源特性可完成向孤岛供电，解决了网架薄弱地区的“最后一公里”问题。这里说的孤岛指的不是真正的岛屿，而是仅靠几条输电线连接的区域小电网。

4、全控型器件的开关频率极高，动辄成千上万赫兹，仅需少量高次滤波器就可完成过滤，避免了低次谐波对电网的污染。对中国电网来说，交流电网的频率为50赫兹，所以低次谐波比高次谐波难处理得多。

5、最重要的，功率潮流反转迅速。柔性直流输电系统的电流可双向流动，同时直流电压正负极保持不变。而常规直流潮流反转时，是直流电压极性反转，直流电流的方向不变。这个特点对于构成多端系统至关重要，在并联型多端直流输电系统中，柔性直流输电系统可以通过改变单端电流方向来改变潮流的方向，这就初步具备了多点输送的功能，也就意味着直流也可以组网了。

当电网正常运转时，各处负荷基本不变，整个网络中电流的流动达到一个稳定状态，电力工作者依靠这个稳定状态计算目前电网是否正常，有没有超载、有没有其他问题。同时，通过计算潮流也可以预先推演改变电流的流向，就像调节河网管道的水流流向一样。

同样也是因为这种快速调节的特性，目前柔性直流输电是分布式电源接入的最友好方式。柔性直流输电可以将来自多个站点的风能、太阳能等清洁能源，通过大容量、长距离的输电线路传输至负荷中心。

（三）“十四五”柔性直流渗透，助力直流发展再上台阶

常规直流输电技术存在诸多缺陷与不足

常规直流采用线性整流型换流器（LCC），换流过程通过控制导通角实现，需要消耗大量无功。带来三个问题： （1）受端电网动态无功支撑不足：直流大量替代本地电源开机，面对电压扰动，直流系统暂态响应与常规机组相反，恶化电压稳定性。 （2）送端短路容量不足：未来多能互补基地以风、光电力电子装置并网为主，无法提供短路容量支撑，在无功扰动下电压波动巨大。 （3）高比例受电地区电压支撑不足：随着大城市等负荷中心火电逐步关停，对外来电依赖加大，负荷高峰期电压稳定问题突出。 以上可通过配置调相机、SVG等动态无功补偿设备予以部分解决，但成本高、运维难度大。（报告来源：未来智库）

柔性直流+常规直流，彼此优势互补，且克服了各自的问题

通过采用基于全控型电力电子器件（如IGBT、GTO）的电压源型换流器（VSC），柔性直流输电克服了常规直流技术的缺陷： （1）可向孤岛供电（2）无换相失败问题（3）不需要无功支撑（4）有功、无功可独立控制（5）可实现多端直流电网。

因此，柔性直流特别适合海岛供电、海上风电送出等场景。若采用柔性直流技术建设特高压直流受端换流站，或对存量换流站进 行改造，便可降低对受端电网电压支撑能力的需求，减小换相失败的概率，提升电网安全稳定性。 目前，由于柔性直流核心IGBT器件额定电流较小（目前最高3000A，晶闸管可达6000A），故障电流耐受能力弱（最大关断电流 6kA/1ms），耐受时间短，相较于常规直流核心晶闸管器件10倍于额定电流的故障耐受能力相差甚远。 因此在工程实际中，多采用送端常规直流、受端柔性直流（或常规/柔性混合级联）的方案，以充分发挥常规直流输送能力强、柔 性直流对受端电网要求低、灵活性高的优势。

“十四五”直流项目亮点：高比例可再生能源+柔直渗透

南网两条特高压直流十分具有代表性：电源配置方面，利用水电、储能等的调节作用，汇集了远多于1000万kW装机容量的新能源，同 时大大提高通道的利用小时数，多能互补清洁能源基地形成对常规电源的有效替代。首次明确在送端使用柔直，以解决缺乏同步电机支 撑下大规模电力电子装置并网的问题；受端使用柔直，以解决城市电厂退役后电压支撑问题。

（四）柔性直流：深远海风的标配，随开发量、渗透率提升市场空间有望迅速增长

柔性直流可以避免交流长电缆导致的电容升压效应，经济上也更适合深远海风。

柔性直流不但没有交流长电缆的电容升压效应，且由于采用了基于IGBT的VSC电压源型换流器，可以独立调节有功、无功输出，因而不需要交流电网提供电压支撑，可以向无源系统供电。因此柔性直流特别适合海岛供电、海上风电送出等场景。从经济上看，交流海缆由于趋肤效应等因素的存在，在同等截面积的情况下输送容量较直流电缆为低。因此，采用直流送出可以减少用缆量，从而减少了铜等金属的使用，降低造价。因此虽然采用柔性直流时换流站设备造价更高，但与交流相比，线路越长，造价越省。

柔直海外已有批量应用、我国目前仅一个建成项目但前景广阔。

目前欧洲部分国家的海上风电项目离岸距离较远，采用柔直海缆进行输送。截至2021年底，德国已投运及在建海上风电工程共9个，其中已投运7个，调试及在建工程2个。2021年11月8日并网发电的三峡如东海上风电项目是我国首个柔性直流海风项目，也是世界上电压等级最高、输送容量最大的柔直海风送出工程。该项目采用±400kV电压等级，汇集如东三峡H6、H10、中广核H8共1100MW装机并入江苏电网。

海上风电柔性直流送出工程的核心在于换流站。根据《江苏如东1100MW海上风电项目陆上换流站工程环境影响报告书》，陆上换流站工程主要设备包括1100MW柔性直流单元（柔性直流阀厅、启动回路室、户内直流场等）、(3+1)×410MW联接变（单相双绕组），以及500kV母线、出线间隔等，工程总静态投资10.4056亿元

文章来源： 未来智库，价值目录，了不起的中国制造