1.3 柔性直流输电的发展现状与面临的问题
世界能源格局的发展日新月异，随着我国能源结构清洁化转型的持续推进，以及负荷侧波动性的增加，我国电力系统的平衡特征和方式正在发生深刻变化，维持系统平衡的难度不断加大，系统调节资源缺乏的问题日益凸显。“十三五”期间，我国新能源发电装机规模保持快速增长，电力系统的灵活性建设则相对滞后，源网荷各环节的调节能力有待进一步提升。“十四五”期间，新能源装机规模快速增长和负荷峰谷差持续拉大将成为趋势，应进一步提高电力系统调节能力建设，满足经济社会发展和能源转型的需求。
从电网侧来看，柔性直流输电、灵活交流输电等技术能够实现电力系统功率快速、灵活调节，提高电力系统稳定性，解决送端电压波动、受端频率系数降低和换相失败等问题；大电网调度控制技术将提高系统运行信息的全面性、快速性和准确性，提高新能源全网统一消纳水平。因此可以预见，柔性直流输电技术将在我国未来电网的发展中起到十分关键的作用，市场前景相当广阔。
我国特高压柔性直流输电既具有传统直流输电的优点，又克服了传统直流输电的不足，使其应用范围得到很大扩展。主要应用领域如下：
1）连接分散的小型发电厂。清洁能源发电一般装机容量小、供电质量不高并且远离主网，如中小型水电厂、风电场（含海上风电场）、潮汐电站、太阳能电站等，采用交流互联方案在经济和技术上均难以满足要求。利用柔性直流输电与主网实现互联有利于克服清洁能源并网带来的一系列问题，提高电能质量和系统稳定性。
2）异步联网。柔性直流输电可实现不同频率或相同频率的交流系统间的非同步运行。
3）构筑城市直流输配电网。由于大中城市的空中输电走廊已没有发展余地，原有架空配电网络已不能满足电力增容要求，采用柔性直流输电向城市中心区域供电，即将成为未来城市电力增容的最佳选择。
4）海上供电。远离陆地电网的海上负荷，如海岛或海上石油钻井平台等，通常靠价格昂贵的柴油或天然气发电，不但发电成本高、供电可靠性难以保证，而且破坏环境。采用柔性直流输电后，不但问题得以解决，还可将多余电能（如用石油钻井产生的天然气发电）反送给系统。
5）提高配电网电能质量。柔性直流输电系统可以独立快速控制有功和无功功率，能够保持交流系统的电压基本不变，使系统电压和电流较容易地满足电能质量相关标准，是改善配网电能质量的有效措施。
随着从业科研人员的增加、研发深度广度的不断拓展，我国特高压柔性直流输电逐渐形成产业规模效应。高电压、大电流、强电磁场环境下换流阀散热、电压尖峰抑制、电磁兼容问题及阀控设备低开关频率电容平衡等问题被逐一攻克，换流阀装备制造技术实现快速升级。2013—2020年，柔性直流换流阀参数不断提升，新技术不断涌现，电压等级从±30kV上升到±800kV，输电容量从2万kW升至8000MW，工程应用形式从两端到多端再到组成直流电网，实现了从科技示范到大规模应用的飞跃。
尽管如此，由于受到电压源型换流器件制造水平及其拓扑结构的限制，柔性直流输电技术在以下几个方面仍具有局限性：
1）输送容量有限。目前柔性直流输电工程的输送容量普遍不高，相对于800kV LCC工程可以达到8000MW以上的输送有功功率，柔性直流输电目前实现的最高输送有功功率为5000MW。其受到限制的主要原因是一方面由于受到电压源型换流器件结温容量限制，单个器件的通流能力普遍不高，正常运行时电流最高只能做到2000A左右；另一方面由于受到直流电缆的电压限制，目前的XLPE挤包绝缘直流电缆的最高电压等级为525kV，因此柔性直流换流站的极线电压也受到限制。如果采用架空线路，电压水平能够提高，但是可靠性却大大降低；如果采用油纸绝缘电缆则建设成本会大幅提高，输电距离也会受到影响。
2）单位输送容量成本高。相比于成熟的常规直流输电工程，柔性直流输电工程目前所需设备的制造商较少，主要设备尤其是子模块电容器、直流电缆等供货商都是国际上有限的几家企业，甚至需要根据工程定制，安排排产，因此成本高昂。IGBT器件目前国内已经具备一定的生产能力，但是其内部的硅晶片仍然主要依靠进口。从目前国内舟山、厦门等柔性直流工程的建设成本来看，其单位容量造价为常规直流输电工程的4～5倍。如果想要柔性直流输电达到特高压直流输电的输送容量，其成本是非常可观的。
3）故障承受能力和可靠性较低。由于目前没有适用于大电流开断的直流断路器，部分柔性直流输电的拓扑结构不能通过IGBT器件完全阻断故障电流，不具备直流侧故障自清除能力。一旦发生直流侧短路故障，必须切除交流断路器，闭锁整个直流系统，导致整个故障恢复周期较长，因此相对于传统直流，柔性直流的故障承受能力和可靠性较低。虽然采用双极对称接线方案可以一定程度上提高可靠性，但是故障极的恢复时间仍会受到交流断路器动作时间的限制，整个系统完全恢复的速度比不上传统直流。这也是架空线在柔性直流输电中的应用受到限制的主要原因。
4）损耗较大。无论采用SPWM脉宽调制技术的两电平拓扑，还是采用最近电平逼近NLS的子模块多电平拓扑结构的柔性直流输电技术，其开关频率相对于传统直流都较高，其开关损耗也是相当可观的。早期两电平柔性直流工程的换流站损耗能够达到3%～5%，目前柔性直流工程多将损耗控制在1%以内，与传统直流的损耗相当，但是输送容量相对于传统直流还是很小；而如果容量提升，则必然需要更大规模的子模块和更快的开关频率，因此损耗也会相应提高。
5）输电距离较短。由于没有很好地解决架空线传输的问题，柔性直流输电工程的电压普遍不高；同时，柔性直流系统相对损耗较大，这就限制了其有效的输电距离。可喜的是，随着大容量直流断路器产品的推广应用，这一问题正在得到改善。
柔性直流输电未来向大容量、长距离方向发展，必须突破的技术障碍仍存在不少，例如：
1）电压源型换流器件新材料的研发，如利用SiC取代SiO2作为半导体器件的核心元件，相应地，其封装材料的耐热和绝缘也需要大幅改进，进而突破器件的容量限制。
2）大电流直流断路器的开发和应用。目前直流断路器还处于研究阶段，有不同的技术路线，其中一种是利用控制电力电子器件对电流进行分流转移，并通过避雷器吸收能量，其结构和体积与一个相同容量的换流阀相当，而其开断电流的大小同样受到电力电子器件容量和避雷器容量的限制。
3）为有效清除架空线故障，提出新的换流器拓扑。虽然目前已经提出了一些能够清除架空线故障的换流器拓扑，如全桥子模块拓扑、钳位双子模块拓扑等，但这也会带来成本的增加和损耗的增大，经济效益性较差。随着新型VSC或CSC（电流源型换流站）拓扑研究的深入，可能会出现经济效益性较高的拓扑结构。
在可以预见的将来，一旦这些技术障碍得以突破，柔性直流输电将能够替代传统直流承担起大容量、远距离送电的任务，带领人类进入一个更加灵活高效的电网架构时代。