能源安全是国家安全的重要保障。我国能源供给和消费的结构性矛盾突出，化石能源对外依存度逐年攀升，严重威胁我国能源安全。近年来，我国持续推进能源结构转型，其关键之一是大力开发利用以风能、太阳能等新能源为主的可再生能源，提升非化石能源占比。根据相关研究预测，2050年我国风电装机容量将达14亿kW，太阳能发电装机容量将达21亿kW，新能源发电装机占比将达70%。
新能源在就地分布开发利用的基础上，需要大规模集中开发并依托大电网，通过大容量、远距离输电实现消纳。但是，新能源资源波动性和随机性大，我国大规模新能源位于电网末端，电网结构薄弱，而新能源发电设备抗扰性低和支撑性弱，实现这种场景下的大规模新能源并网送出是一个全新的技术挑战。为此，亟须探索和开发适应能源变革的新型输电技术及核心装备，相应的输电技术主要包括常规交流输电技术、常规（特高压）直流输电技术、柔性直流输电技术。
通过交流电网汇集和送出新能源，存在两个主要制约因素：
①受交流电网强度制约，存在弱交流系统情况下的暂态电压稳定问题，导致交流线路实际输送新能源功率长期远低于输电能力。
②受交流电网特性制约，电网运行灵活性较差。
相比于传统交流输电，常规（特高压）直流输电技术具有输电容量大、距离远、损耗低、经济性好等优势，但其输电能力同样依赖于所接入交流电网的强度，在弱系统下输电能力受限，甚至无法运行。考虑到我国新能源开发主要集中在电网薄弱甚至无交流电网的西部、北部地区，若通过常规（特高压）直流输电送出新能源，需配套大量常规能源发电或储能等设施，改造新能源的固有特征，才能大规模稳定送出。这使得清洁能源难以高效、大规模开发利用。
此外，常规（特高压）直流输电技术使用电流源型换流器，利用晶闸管等只能控制开通、不能控制关断的半控型电力电子器件进行交直流变换，具有一定的局限性，如换流器只有一个控制自由度，不能独立调节有功和无功功率；需要吸收大量无功功率，且会产生特征谐波和非特征谐波，因此需要配置大量无功补偿和滤波设备，占地较大。
柔性直流输电是继交流输电、常规（特高压）直流输电之后的新一代输电技术。在继承直流输电技术固有优势的同时，柔性直流输电技术使用电压源型换流器（voltage source converter，VSC），利用直流电容器实现电压支撑，采用开通、关断均可控的全控型电力电子器件控制输出波形，对交流侧类似于发电机，可对有功和无功功率进行独立控制。
柔性直流输电技术的“柔性”特点，使其不仅不依赖交流电网的强弱独立运行，还可为交流电网和新能源机组提供动态支撑，使得新能源能够与交流电网无缝衔接，无需传统能源发电支撑，从根本上提高了电网对新能源的驾驭能力，是突破大规模新能源开发利用困境的“金钥匙”。
与常规（特高压）直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有以下优势：
（1）可以独立控制有功和无功功率。柔性直流输电系统的VSC具有两个控制自由度，能同时调节有功和无功功率，实现四象限运行，控制更加灵活方便。
（2）不需要配置无功补偿装置。柔性直流输电系统不但不需要无功补偿装置，其自身还能起到静止同步补偿器（static synchronous compensator，STATCOM）的作用，动态补偿交流系统无功功率，稳定交流母线电压。
（3）谐波水平低。对于两电平或三电平柔性直流输电系统，通常采用脉冲宽度调制（pulse width modulation，PWM）控制技术，开关频率高，通过较小容量的低通滤波装置就可解决谐波问题；对于采用模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的柔性直流输电系统，通常电平数较高，不需要采用滤波器已能满足谐波要求。
（4）没有换相失败问题。柔性直流输电系统的VSC采用可关断功率器件，无换相失败问题，因而在受端电网中的直流落点个数不受限制。
（5）占地面积小。柔性直流输电系统没有大量的无功补偿和滤波装置，交流场设备很少，因此，比常规直流输电占地少得多。
基于上述优势，柔性直流输电技术不仅可以作为新能源并网的技术手段之一，还适用于各种小容量输电、大容量输电、区域电网互联乃至全球能源互联网构建等场景，其典型应用主要包括以下方面。
（1）无源系统供电。柔性直流输电系统的VSC能够自换相，可工作在无源逆变方式，不需要外加换相电压，受端系统可以是无源网络，克服了常规直流受端必须为有源网络的根本缺陷，使得柔性直流输电系统具备为孤立海岛、海上石油平台、偏远地区等孤立负荷或弱系统送电的能力。柔性直流输电技术用于无源系统供电工程线路如图1所示。
图1柔性直流输电技术用于无源系统供电工程线路
（2）多端直流系统构建。常规直流输电系统电流只能单向流动，潮流反转时电压极性反转而电流方向不变，因此构建多端直流系统时潮流难以反转；而柔性直流输电系统的VSC电流可以双向流动，直流电压极性不会改变，利于构成既能方便控制潮流又具有较高可靠性的多端直流系统。柔性直流输电技术用于多端直流系统构建如图2所示。
图2柔性直流输电技术用于多端直流系统构建
（3）大电网异步互联。为解决电网“强直弱交”现象带来的大系统运行风险，需要进行区域电网异步互联。由于大区电网末端交流系统强度均较弱，常规直流不具备支撑条件。柔性直流输电因具有有功和无功独立调节、无换相失败、运行方式灵活、弱系统适应能力强等特点，成为大电网异步互联的最佳技术手段。
（4）分布式可再生能源并网。以风能、太阳能为主的可再生能源发电具有间歇性、波动性和分散性等特征，柔性直流输电系统控制灵活且能够为孤岛可再生能源电场提供稳定的交流电压和频率支撑，非常适合用于实现可再生能源的可靠并网；同时，柔性直流系统易于构建具有多送端和多受端的直流电网，通路冗余性强，有利于解决分散的可再生能源大规模并网和送出难题。柔性直流输电技术用于分布式可再生能源并网示意图如图3所示。
图3柔性直流输电技术用于分布式可再生能源并网示意图
（5）电网电能质量提高。柔性直流输电系统可以方便地调节有功和无功功率，保持交流系统的电压不变，向交流系统提供无功支撑，改善系统的运行性能，提高其电能质量。
综上所述，柔性直流输电技术凭借高度的可控性、灵活性和适用性，已成为未来电网升级转型的重要途径，以及实现能源结构优化、保障能源安全的战略性选择。
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