1．目的及意义

1.1研究背景和意义

随着汞弧阀于20世纪50年代的发展，高压直流（HVDC）输电系统在某些情况下变得比高压交流输电更经济，高压直流输电对于大容量远距离输电更有吸引力。与交流电相比直流输电方案变得更具有竞争力的输电距离交叉点对架空线路大约是800km。当电力系统间由于系统稳定的考虑而不适合联网或者系统的额定频率不同时，高压直流还提供非同步联网（背靠背）。

高压直流输电（HVDC），是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电，输电过程为直流，常用于海底电缆输电，非同步运行的交流系统之间的连络等方面 ADDINNE.Ref.{2E875008-89E7-443B-A7CD-8B56FE9A60C9}[1]。

自上世纪80年代以来，电力传输技术的发展步伐明显加快，提高传输能力的办法不断涌现。基于电压源换流器的高压直流输电技术(VSC-HVDC)由加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi等人于1990年提出，是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点 ADDINNE.Ref.{8C8A2C07-403C-4D33-828A-625600BC485B}[2]。与基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流输电中的换流器为电压源换流(VSC)，其最大的特点在于采用了可关断器件(通常为IGBT)和高频调制技术。 通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。柔性直流输电是构建智能电网的重要装备，与传统方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。

1.2国内外研究现状

柔性直流输电系统分为双端直流输电与多端直流输电，多端直流输电（MTDC）工程是指由３个或者３个以上的换流站及其直流输电线路组成的高压直流输电系统。MTDC受到了电力行业极大的重视，按照其使用换流器技术来分，它可以分为以下３大类型：①传统的基于晶闸管相控换流技术的传统多端直流输电（LCC-MTDC）；②基于电压源型换流技术的多端柔性直流输电系统（VSC-MTDC）；③既有电压源型换流器又有晶闸管相控换流器的混合型多端直流输电系统。由于LCC换流器技术相对成熟，目前大多数运行的多端直流输电系统属于LCC-MTDC，如意大利-科西嘉-撒丁岛的三端直流输电工程和魁北克-新英格兰的五端直流输电工程。混合型多端直流输电系统鲜有存在，目前已知的有美国的GBX工程，该工程两端为LCC换流站而中间落点为VSC换流站。

全球投运的柔性直流输电工程大多为点对点的两端系统，鲜有多端柔性直流输电工程投入商业运行。两端直流输电系统无法实现对多个电源点的接入或者多个负荷点的同时供电，多端系统可以将多个海上风电场、孤立海岛等与负荷中心连接起来，构成直流网络。为满足可再生能源并网以及海岛供电等需求，全世界很多国家已有VSC-MTDC的建设。迄今为止，中国已有两项多端直流工程，即南方电网公司南澳风电场三端直流输电工程和国家电网公司浙江舟山五端柔性直流输电工程。南澳多端柔性直流输电工程，采用模块化多电平（MMC）技术，直流电压等级为±160KV，传输容量200MW。南澳岛上的青澳换流站与金牛换流站是送端换流站，而汕头塑城换流站是受端换流站,目前该工程已经完成三端投产。舟山五端直流输电工程在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁５座岛屿上分别建设一座VSC换流站，通过４条直流输电线路构成五端柔性直流输电系统。该系统与各岛屿之间的交流系统互为备用，当直流系统中任一端换流站退出运行时，可通过交流线路保证岛上供电可靠性。该工程采用并联放射型网络拓扑结构,其中任一端换流站退出运行时系统仍能不间断安全运行，具备任意一端换流站退出运行时仍稳定运行的能力，可靠性较高，该工程已于2014年正式投运。

北美Tres Amigas超导体输电项目计划在新墨西哥州的Clovis地区建设一座超级电力中转站，是目前在建最大的三端柔性直流输电工程，用来连接美国东部互联电网、西部互联电网和德克萨斯电网３个大电网。在此之前，三大电网虽有直流联络线，但正常运行下相互交换功率几乎为零，建成后可以实现这三大电网真正意义上的系统互联。除此之外，工程选址周围有很多新能源，因此将对新能源的充分利用和３个互联系统之间的合理调配发挥重要作用。该工程设计的最大输电容量为5GW，直流电压等级为345KV，换流站采用电压源转换技术，已于2016年投入运行 ADDINNE.Ref.{5116BD00-88B7-4161-8342-91C782ED8811}[3, 4]。

除此之外，还有瑞典-挪威的South-West Scheme三端柔性直流输电工程。该工程柔性直流计划的输电总量为1440MW，但是为保证运行可靠，该工程采用两条独立的线路，每条传输容量为720MW，直流电压等级为±300KV。