溪流笔谈▏深远海输电为什么需要柔性直流输电技术？

我国近海可开发风电区域逐步饱和，开发远海风电势在必行，深远海将是未来海上风电的“主战场”。只是与近海不同，深远海风电开发有一个绕不开的“命门”：如何将千里之外的巨量绿电稳定送回陆地？当离岸送出距离超70km后，近海风电中采用的交流输电将无法适用，而柔性直流是新一代输电技术，被誉为“深海电力高速公路”，也是目前国际主流的远海风电送出技术方案。

日前，全国首个海陆一体柔性直流输电工程，即阳江三山岛海上风电柔直输电工程核心装置海上换流站从江苏南通振华码头启运，发往工程现场。该换流站电压等级±500千伏、输送容量200万千瓦，采用“1回2根”双极设计，是目前世界电压等级最高、输送容量最大的海上柔性直流换流站，可满足大规模海上风电开发传输需求，有效解决海上风电远距离、大规模集中送出的技术难题。

阳江三山岛海上风电柔直输电工程海上换流站发运现场

柔性直流输电技术VSC-HVDC）是一种以电压源换流器（VSC）和全控型电力电子器件（如IGBT）为核心的新一代直流输电技术，也叫“轻型直流输电”。它最大的特点就是能像“智能阀门”一样，独立、快速地控制有功功率和无功功率，不像传统直流那样依赖电网电压换相，基本不会出现换相失败的问题。可同时独立调节有功和无功功率，无需额外无功补偿装置，占地面积小。可以为孤岛、海上风电场等无源系统提供稳定的电压和频率支撑。

深远海输电（通常指离岸距离超过70公里甚至上百公里的风电场送出）之所以必须采用柔性直流输电（VSC-HVDC）技术，而不是传统的交流输电或常规直流输电（LCC-HVDC），核心原因在于交流海缆的电容效应以及深远海环境的特殊需求。

一是交流海缆有“电容效应”，距离一长电能就白损耗。交流电缆由于导体与导体/屏蔽层之间距离近，电容效应远大于架空线。在输送交流电时，电缆本身就像一个巨大的“电容器”，会持续消耗无功功率（容性充电功率）。

就像一条水管，管壁越厚、管道越长，水管本身存的水就越多，但真正从一端流到另一端的水反而少了。当离岸距离超过一定临界值时，交流电缆几乎全部容量都被无功功率“吃掉”，有功功率所剩无几。

当距离达到约70-100公里时，仅电缆自身的电容效应就会在线路末端产生极高的电压，导致线路无法传输任何有功功率（全部容量都被用来抵消电容效应了）。而直流电缆没有电容效应，线路损耗能比交流降低约60%。因此，直流电缆没有距离限制，非常适合远距离大容量输电。

二是距离越远，柔性直流的经济性越明显。研究表明，当传输容量在1000至2000兆瓦时，离岸距离超过约150至200公里，柔性直流并网方案的经济性就会明显胜出。目前国内的海上风电正从近海走向离岸更远、水深更深的深远海，交流方案已经“力不从心”。

“柔性”二字是相对于传统直流输电（LCC-HVDC）而言的，常规直流（晶闸管/LCC）虽然也能解决电容问题，但在深远海场景下存在致命缺陷：其一，常规直流依赖电网电压换相，一旦受端电网（如陆上主网）发生短路等故障，极易发生“换相失败”，导致系统瘫痪；其二，常规直流换流站本身需要消耗大量无功功率，这在海上的平台空间内很难提供；其三，深远海风电场往往没有传统同步发电机，常规直流无法在没有外部电源的情况下启动。

柔性直流则采用全控型半导体器件（如IGBT），可以主动控制电流的导通和关断，不需要依靠交流电网来提供换相支撑。这意味着柔性直流换流站可以独立运行，甚至可以在无源网络上启动，这对海上风电场尤为重要，因为海上电网通常非常薄弱，传统直流换流站在这种环境下无法正常工作。柔性直流换流站可以主动向海上风电场供电，帮助风电机组启动（黑启动），这是深远海独立电网的关键。

虽然柔性直流的换流站造价高昂（约占系统总投资的50%以上），但在深远海场景下，交流输电需要建设大量的海上无功补偿平台（如并联电抗器平台），随着距离增加，交流方案的总成本会呈指数级上升，最终在70-100公里左右越过柔性直流的成本线。

三是深远海环境特殊需求的考量。深远海风电场距离陆地远，海缆阻抗大，导致海上交流电网非常“弱”。在柔性直流方案中，升压功能通常集成在海上换流站中，省去了单独的海上升压站环节。未来深远海开发往往是多个风场集群，柔性直流技术是实现多端直流输电（MTDC）和直流电网的基础，可以实现功率的灵活分配和冗余备份，而常规直流只能点对点传输。

海上换流站所处的环境可以用“三高一强”来概括：高盐雾、高湿度、强风浪、高腐蚀。盐雾环境对电气设备的绝缘性能和金属部件造成持续的侵蚀；高湿度环境加速绝缘材料的老化；强风浪对平台结构的疲劳寿命构成威胁；高腐蚀环境则对设备的防护涂层和密封设计提出了极为苛刻的要求。在这样的环境下，设备的可靠性设计变得至关重要。

另外，柔性直流换流站安装方式对海洋气象窗口的要求非常严格，需要风速、浪高、流速等条件同时满足施工要求。我国经过多年海洋工程实践，已在浮托安装技术方面积累了丰富经验，形成了从水面到水下、从浅水到深水的全方位海上安装能力，整体技术达到世界先进水平。

深远海海缆敷设作业环境复杂、精度要求极高。三峡阳江青洲五、七期海上风电场柔性直流海缆项目施工团队依托多波束测深、浅地层剖面仪等专业声呐设备，精准绘制海底三维地形图谱，全面排查并清除路由沿线障碍物，为安全施工筑牢基础。海缆采用宁波东方电缆自研的±500千伏直流海缆，搭载2500平方毫米超大截面铜芯导体，成功入选国家能源局首台（套）重大技术装备目录。中天海缆则针对性攻克大截面阻水导体、高压绝缘优化等关键技术，有效解决直流高压工况下空间电荷积聚、电场分布不均等行业共性难题，筑牢高压海缆核心性能壁垒。

江苏如东80万千瓦海上风电场就是亚洲首个采用柔性直流输电技术送出的海上风电项目，配套建设了亚洲首座海上柔性直流换流站（如上图），核心设备包括两座海上升压站、一座海上换流站、一回直流海缆和一座陆上换流站。从而解决了海上风电大容量、远距离输电的瓶颈，验证了柔性直流是百万千瓦级、百公里级海上风电并网的有效手段，为后续深远海风电开发提供了关键工程示范，也带动了中天科技等本土企业海缆技术的自主突破。

目前，在广东阳江的三峡阳江青洲五、七期海上风电场，用的就是全球首个±500千伏、2000兆瓦柔性直流方案，由世界最大海上换流站“海风之心”把风机发的66千伏交流电转成±500千伏直流电，再通过超180公里的直流海缆送回陆地，每年能送约60亿度绿电。这套方案也被认为是当前国际公认的深远海大容量输电“最优解”。

柔性直流输电技术是深远海风电开发不可或缺的"电力高速公路"。它突破了交流输电的距离瓶颈，使海上风电的开发边界从近海向深远海大幅拓展。对于正在加速推进深远海风电开发的中国而言，柔性直流输电技术的自主掌握和持续创新，不仅是技术竞争力的体现，更是海上风电产业走向深远海、实现规模化发展的基础保障。

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