中国储能网讯：随着电网规模的扩大和负荷的增长，电网分区运行是必然趋势。但随着电网规模的扩大，即使在考虑分区运行的情况下，依然存在部分站点短路容量接近限值，导致区域间联络弱，正常以及事故运行方式下区域间电力互济能力弱。如果采用增强主网架的方式，投资大，且在城市地区，实施难度大。
柔性直流技术，由于其具有灵活性、快速的控制能力，适合应用于可再生能源并网、异步电网互联、城市电网供电、孤岛供电、直流配网、多端直流电网等领域。柔性直流技术在区域间电网互联已有工程应用案例，如广东电网直流背靠背工程（AC 500千伏，DC ±300千伏/ 2×1500兆瓦）、渝鄂联网背靠背工程（AC 500千伏，DC±420千伏/ 2×1250兆瓦），旨在解决交直流相互影响、大面积停电风险等问题。
柔性直流在我国城市电网的应用还未有工程案例，但已有一些理论研究，如柔性直流技术在城市电网应用以提升电网供电能力，其应用具有一定的可行性；贡献短路电流能力与其容量、控制方式、运行方式、短路点电气距离等因素有关。但研究并未给出城市电网的柔性互联选点以及互联设计方案。
城市电网面临的问题
由于我国能源与负荷分布不均衡，城市电网一般面临着如下问题：
本地电源支撑不足，源荷分布不协调。本地电源不足、源荷分布不协调的问题一直是城市电网发展需应对的问题之一。本地电源的支撑不足将加重城市电网对外区电力送入的依赖，一方面外区送入电力受政策、价格及季节影响较大；另一方面，随着城市化进程的加深，建设外区电力送入所需的电力通道的难度日益加大。随着电网供电负荷的持续增大，电网电力供需平衡问题日益凸显，电源的问题将是城市电网持续高效发展的首要问题。
电网局部区域供电能力不足，存在运行风险。本地电源缺乏，新增电源点代价高；电网建设难度大，主干网供电电源不足，导致局部地区一直存在供电能力跟不上需求快速增长的问题。同时，考虑环保的要求，很多城市的供电中心城区的主力火电逐步退役，这将导致局部电网供电能力不足，尤其是在迎丰度夏期间，电网关键断面和设备的重过载问题会比较突出。
缺乏足够的电压支撑和灵活的无功电压调节手段，暂态电压稳定问题突出。对于供电城市负荷中心，由于负荷集中、区内电源匮乏，缺乏足够的电压支撑和灵活的无功电压调节手段，暂态电压稳定问题突出。
220千伏电网短路电流过高或超标，影响电网运行方式。对于大型、特大型城市，一般处于区域电网的中心位置，导致其220千伏电网短路电流会较大；若存在电厂集中接入220千伏片网，220千伏侧短路电流水平进一步抬升。为降低短路电流水平，220千伏侧母线分列运行，降低了电网运行的灵活性和可靠性。
城市电网建设难度大，投资日益增高。城市化的发展使土地资源越来越紧缺，变电站和线路选址选线难度大；由于居民的敏感性，电网项目环评阻力大；电网建设征地、拆迁难度大，征地拆迁赔偿等工作协调难度大、费用高昂，电网建设投资代价高。这些导致大型、特大型城市电网项目建设难度大、工期长。
城市电网柔性分区互联的必要性
为解决城市电网面临的这些问题，改变原有分区间交流弱互联的局面，增强分区间的互济，提高可靠性及灵活性，采用柔性分区互联可带来如下好处：
使互联分区电网两侧负荷合理分配，优化主变负载率和电网运行裕度。由于交流网络在一定程度上潮流不可控，互联的电网间可能存在着一侧主变负载率过高，重载运行，一侧主变负载率过低，轻载运行且供电裕度大的情况。考虑利用现有互联线路建设柔性直流背靠背实现两侧电网柔性互联，可充分利用一侧电网的供电能力，减轻另一侧的供电压力，通过柔性直流控制潮流，均匀分配两侧负荷，优化两侧主变负载率，提高电网运行裕度。
限制短路电流水平，使分区互联运行可行。大型、特大型城市负荷密度高，500千伏变电站密集，电网联系紧密，导致部分站点220千伏母线短路电流水平较高，需采用母线分列运行或断开联络线等降低短路电流水平，影响了电网运行的灵活性和可靠性。不同于交流互联，柔性互联不增加交流电网电气联系，提供的短路电流水平较低，可维持分区互联，提高电网运行灵活性和可靠性。
故障方式下不同供电片区紧急电力支援，提高供电的可靠性。在故障情况下，存在部分站点过载，但受限于220 千伏母线单相短路电流水平，难以通过采取与其他供电区域合环运行的措施进行电力支援，必要情况下需采取转供或者切负荷措施。此时可考虑应用柔性直流背靠背，利用柔性直流的快速控制特性，实现故障方式下不同供电片区紧急电力支援，提高运行的灵活性和供电的可靠性。
互联片区互为黑启动电源，提高电网故障后恢复能力。对于负荷中心缺乏黑启动电源的电网，柔性直流背靠背可兼做黑启动电源。当一端交流系统发生严重故障时，可以借助柔性直流的电压、频率控制，通过柔性互联利用另一端交流系统建立故障端的电压、频率，向故障端交流系统供电。由于柔性直流系统的有功、无功解耦控制，启动过程中，可控制有功功率、无功功率降低黑启动初期的功率冲击，避免频率失稳和交流过压风险，提高电网抵御严重故障的能力和故障后快速恢复能力。
柔性直流技术由于其灵活性、快速的控制能力，可解决在“双碳”目标背景下城市电网所面临的一些问题，解决城市电网片区间供能不均衡、加强片区间的互济及抵御严重故障的能力、限制互联短路电流等，采用柔性分区互联方案可显著降低系统短路电流水平、提高电网互济能力和安全稳定水平。
