隨著技術的發展，電能的獲取方式愈發多樣化，人類對於電能的依賴越來越強。電能是清潔、高效、便利的終端能源載體，在人類終端能源消費中的比例會逐步提高。
根據國際能源署(IEA)研究成果，提高電氣化水平是全球能源系統發展的驅動力。過去30年，電能佔終端能源消費比重從9%提高到17%，2050年前將提升至25%，還有很大的提升空間。
在供給側，新興的可再生能源基本都以轉換為電能為主。
在消費側，新能源汽車、軌道交通、建築用能等產業的發展，帶動了電代油、電代煤等發展趨勢。
同時，電能相關技術也在持續發展中，以電力電子技術為代表的新一代電氣技術正在各個領域大範圍普及開，特別是IGBT為代表的可關斷器件開始大範圍推廣。
在可以預見的未來，半導體技術、超導技術、離子技術等先進技術的輔助推動下，人類對於電能的利用手段會進一步提升，電能在現代人類文明中所起到的作用也會日益增強。
在眾多技術中，柔性直流輸電技術成為了目前電網技術領域最具革命性的代表之一，也是已經開始商業化應用的成熟技術之一。柔性直流輸電技術在繼承傳統直流輸電技術的基礎上，依靠基於IGBT器件可關斷特性的脈寬調製技術，實現了有功、無功功率的獨立控制，從性能特性上逼近火電同步發電機組或者任意特性(一定範圍內)的負荷。
也就是說，柔性直流技術在承擔電能輸送的任務同時，不但不會給交流電網產生衝擊，還可以參與電網平衡控制，接受調度指令參與調節。
這一特性決定了其在可再生能源併網、遠海風電併網、區域電網分割控制等領域的巨大應用潛力。
2008年，歐洲就提出了基於柔性直流的超級電網(SuperGrid)規劃，以實現風力發電及其他可再生能源發電的大範圍傳輸和分配，解決大規模風電接入電網的挑戰。英國、德國、法國、挪威、丹麥等國家在英國東部海域、德國北海和本土等區域開展了大量柔性直流輸電工程的建設。
柔性直流輸電環節的嵌入，是對傳統交流電網的有效補充。傳統交流電網是“剛性”的“管道”，無法在控制功率潮流的流動，只能依靠調度中心實時監控電源、負荷，通過調節不同地區發電機組發出功率大小，實現各個層級電網的功率平衡，在電網中間環節沒有能夠控制功率傳輸大小的“閥門”。
另一大問題在於，交流電的電壓與電流的波形，都以一定的頻率正弦曲線波動，如果需要通過交流電纜連接兩交流電系統，必須保證波動的同步性才可以實現併網。
然而，交流電網的連接，不但會使得故障傳播範圍加大，而且規模提升也會倍增短路故障的破壞力，威脅大電網安全，需要更多的隔離、斷路保護裝置。而柔性直流電網可以作為橋樑，實現電網連接的同時，不需要同步、不擴大電網容量、不增加短路故障電流、可隔離潮流衝擊，還可作為無功補償支撐兩端電網無功需求，成為有效的“緩衝器”。
從更高的維度看，柔性直流輸電是IGBT器件為基礎的新一代電力電子技術在電網領域的滲透。電力電子技術伴隨晶閘管、IGBT等電力電子器件的出現和改進，已經經歷了60多年的發展歷程。20世紀末IGBT的出現並逐步成熟。
IGBT是功率MOSFET和GTR的複合產物，性能優越兼具了多種優點於一身。
IGBT的絕對優越性能，使之成為了本世紀初的電力電子技術發展主流，並衍生出了一系列相關設備產業的發展，如光伏逆變器、變頻器、高頻整流等，並進一步帶動了光伏發電產業、變頻空調、高鐵、電動汽車等一系列產業的發展。
其可控電壓等級從最初的幾十伏特一躍提升至上千伏特等級，電力電子技術可控功率躍升至萬千瓦級別。
可以說，當前這個時代是IGBT統領大功率電力電子的時代，掌握了IGBT製造、應用核心技術的企業是這一時代的大功率電力電子技術的主流。而柔性直流輸電技術，便是IGBT進一步向高壓輸電領域滲透的成果。
目前，我國電力設備的產業集群，從科研到產業再到應用，形成了較為統一的整體，並通過南匯、南澳、舟山、廈門等多個示範項目的嘗試，最終完全實現了柔性直流工程技術的國產化，並逐步走向成熟。
2017年6月，全球能源互聯網研究院與南瑞集團聯合體作為換流站建設商的“柔性直流工程供電方案”，成功中標英國設得蘭島的供電建設招標，一舉擊敗了西門子、阿爾斯通等國外廠商，柔性直流輸電工程技術走出了“國門”。
打破海外壟斷，打開百億級市場空間
技術全面實現國產化，打破壟斷成本優勢凸顯
此前，世界上掌握柔性直流輸電的公司只有ABB、西門子、阿爾斯通三家，這三家大型公司壟斷了全球的柔性直流輸電技術市場。
國家電網、南方電網於2006年啟動柔性直流輸電技術專項研究，在柔直領域與諸多公司合作，以實現工程技術的國產化，打破了由國外公司的技術壟斷。
1、國外寡頭壟斷國際市場局面逐漸被國內廠商打破
目前，國際上ABB、西門子兩家公司基本壟斷了柔性直流工程市場，我國國家電網、南方電網分別以總招標形式建設了5條、2條柔直工程。柔性直流工程屬於輸電領域的頂尖技術，需要多種技術裝備的集成，以及整體調試。
因此，柔性直流工程需要有強大的技術支持，只有如ABB、西門子這類擁有全類別電力技術的公司才能夠實現。
根據國電南瑞公告，早期的傳統直流輸電工程，核心裝備與關鍵控制系統之前都依賴於西門子、ABB等國外廠商，也因此受制於國外公司。
21世紀初，我國高壓直流輸電工程建設提速，國家按照國家開始按照“市場換技術”的思路佈局相關產業。
其中，繼保電氣承接ABB的直流輸電控制保護系統技術轉讓，中國電科院承接Alstom直流輸電換流閥的技術轉讓(後來被普瑞工程繼承)，許繼電氣承接SIEMENS直流輸電控制保護系統及換流閥的技術轉讓。
此後，國內各家公司通過自主研發進一步消化升級了這些技術，從而成功研發出了具有自主知識產權的柔性直流輸電技術。
2、多方協作實現技術國產化，性能等級進一步升級
國家電網公司與國內許繼集團、南瑞集團以及諸多科研機構合作，實現了技術的全面國產化。2011年7月投運上海南匯風電場柔性直流輸電工程，這是亞洲首個具有自主知識產權的柔性直流工程。
目前，兩網公司已經全面掌握了柔性直流輸電的關鍵技術及工程成套能力。
舟山五端、廈門島柔直示範工程的投運是技術開始成熟的標誌。我們認為，在國家電網、南方電網以及普瑞工程、南瑞繼保、許繼電氣等公司的集中研發下，我國已經具備了柔性直流輸電工程技術的完全自主知識產權，已經具備了在國內大範圍推廣的技術基礎，也具有了向海外輸出工程的能力，並且具有很強的競爭力。
成本逐年下降，未來有望逐步凸顯經濟性價值。據初步估算，國產柔性直流輸電設備的造價不足國外企業的50%，國際上價格約3~5億元/100MW計算，一個1000MW的項目設備成本可節約近40億元。
我國舟山五端柔直投資規模為42.1億元，廈門柔直投資28億元，魯西背靠背，包括1000MW柔直和2000MW常規直流輸電，整體投資為35億元。
三個項目總容量均為1000MW，投運時間、電壓等級、建設年份均有不同，但是仍然可以明顯看出成本下降趨勢。
張北柔直流電網建設4個端站，總容量是舟山、廈門、魯西項目的9倍，而投資額分別僅為這三個項目的3倍、4.52倍、8.4倍。
儘管考慮到，舟山為海上架設線路、魯西背靠背項目不需要架設線路等影響，張北柔性直流項目的建設成本下降空間仍然非常顯著。
打破壟斷劍指歐洲市場。2016年中旬，中電普瑞成功入選英國國家電網公司設得蘭(Shetland)工程柔直換流站唯一合作伙伴，提供換流閥、聯接變壓器等關鍵設備。
中電普瑞擊敗了西門子、GE電網等一流直流成套供應商，再次證明其自有技術柔直換流閥已達到世界領先水平，獲得了國際認可。
根據媒體報道，英國蘇格蘭北部的設得蘭島上，用電一直由當地勒威克鎮的發電廠提供。
2019年該發電廠將會退運，蘇格蘭配電公司就供電電源問題開展工程招標。
2015年10月，英國國家電網公司(NG，NationalGrid)提出通過柔性直流輸電向島嶼供電的方案，參與了這個項目的競標，而其餘競標方方案均為在本地新建發電廠。
NG則開始招標尋找承包這個項目的換流站部分的建設商，全球能源互聯網研究院與南瑞集團組成的聯合工作組在西門子、阿爾斯通等共4家供應商的競爭中成功中標，成為建設換流站合作伙伴。
2017年6月，柔性直流輸電向島嶼供電的方案成功中標。
市場高度集中，核心裝備將成為相關公司新增長點
柔性直流輸電工程投資主要在於換流閥以及配到相關的電氣設備，其成本構成與特高壓直流較為相似。整個系統包括換流站、直流輸電線纜兩部分，對於背靠背併網工程只有換流站建設成本。柔性直流系統的主要成本一方面在於核心裝備，如換流閥等，另一方面在於系統集成調試。
未來，隨著多端柔直的普及，高壓直流斷路器也將獲得巨大的需求。在國電南瑞公告中，所提到的南瑞繼保電氣率先研製出的柔性直流全套核心設備主要包括:1、大容量換流閥;2、高速閥控;3、多端控制保護;4、高速測量設備。
1、IGBT換流閥——柔性直流工程的核心
柔性直流的關鍵在於換流閥使用了“全控器件”—IGBT。
與傳統的高壓直流輸電(如特高壓直流)相比，柔直中使用的換流閥是由可關斷器件—IGBT組成的，而常規的直流輸電工程中的換流閥使用的是晶閘管。
目前我國能夠生產IGBT換流閥的公司包括有許繼電氣、普瑞工程、南瑞繼保、中國西電、榮信電力電子等五家公司。
IGBT換流閥是柔性直流工程中的核心設備。
換流閥是所有直流輸電工程的核心設備，其成本約佔換流站成套設備的22~25%，柔性直流工程佔比更高。換流閥主要由電力電子器件(晶閘管、IGBT)、控制驅動單元、冷卻系統、飽和電抗器、電容、電阻組成。
其中，電力電子器件是決定輸電工程性質的關鍵，常規高壓直流輸電(包括特高壓)使用的是晶閘管，柔性直流輸電使用的是IGBT。
許繼集團(許繼電氣)、南瑞集團(繼保電氣、普瑞工程)、中國西電、遼寧榮信等四家公司是我國生產換流閥的主要廠商。
許繼集團從上個世紀80年代開始便著手研製直流輸電工程技術，是直流輸電領域的龍頭，參與了舟山柔直、渝鄂背靠背等工程。
南瑞集團下屬的中電普瑞、南瑞繼保，是柔直領域技術最為全面的兩家公司，中電普瑞承擔了廈門柔直項目，南瑞繼保承擔了舟山柔直項目。
中國西電曾為南方電網“魯西背靠背直流工程”廣西側±350kV/1000MW柔直換流閥供貨。榮信股份也為“渝鄂背靠背直流工程”提供IGBT換流閥。
標關係緊密，價格在1~2億元/套級別。
許繼集團、遼寧榮信在2016年分別中標了6套、4套IGBT換流閥，中標金額分別為9.8億元、5.75億元，可估算出1套420KV電壓等級、1488A級別的IGBT換流閥價格約在1.43~1.63億元之間。
根據國電南瑞公告的普瑞工程數據顯示，普瑞工程採購額 IGBT 價格目前在 4700~7100 元/套左右。
2017 年 1~6月，普瑞工程採購 IGBT 金額共計 3,366.53 萬元，生產換流閥(子模塊)2184 套。
從國電南瑞公佈的數據來看，14年執行的廈門柔性直流項目換流閥總造價4.84億元，毛利率為-17.58%。
綜合測算下來總成本約為5.70億元。按照當時廈門柔性直流輸電總投資28億元計算，柔性換流閥其成本佔比在20%左右。從目前掌握的情況來看，柔性換流閥仍處於試製階段，因此造價成本還比較高。
儘管還未能找到最新的數據驗證，但是通過近三四年柔性直流工程總投資的情況看，我們認為換流閥的成本已經開始逐步降低，整個工程的造價也下滑。
我們判斷，柔性環流閥的成本佔比將逐步穩定在工程總投資規模的25~30%左右。
2、直流控制保護系統——柔性直流的“大腦”
換流站的二次系統主要包括直流控制、直流保護、交流控制保護、SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition，監控與數據採集系統)。
其中，交流控制保護系統及SCADA系統關於交流變電廠的控制系統相似。
變電站中的核心設備變壓器是一種“被動”設備，不需要外部指令信號控制，依靠交流電自身的電壓變化和自身電磁原理的物理特性就可以實現電能的傳輸與電壓等級改變。
而換流站中的換流閥需要依靠外部指令的實時控制，才能夠實現交流-直流電的變化和相關控制，這一指令來自於直流控制保護系統(以下簡稱“直流控保系統”)。
直流控保系統是直流輸電工程的控制核心，起著直流輸電工程的運行指揮的作用。
換流閥接受直流控保系統的指令，通過IGBT驅動並轉換為開關信號控制IGBT的導通關斷，實現了兩個換流站之間的直流電能的可控傳輸。同時，還可以根據需求提供電網的補償支撐。
根據國電南瑞公告，繼保電氣出產的高壓直流控制保護(工程)在2015、2016年度的銷售價格在2~3億元/臺(套)。
我們認為，柔性直流的控制保護系統與高壓直流的控制保護系統具有一定的相似性，但從技術難度上看各有千秋。
例如，柔性直流控制兩端站之間是不需要通信的，而特高壓直流的傳統輸電兩端站之間需要通信協調，因此加大了控制複雜度。
但另一方面，特高壓直流的器件通斷頻率就是正常的50HZ，因此對於信號的進度需求較弱，而柔性直流輸電換流閥的通斷頻率在100~200Hz，因此其控制信號複雜度也相對較高。
3、高壓直流斷路器——多端柔直走向直流電網的管家
直流輸電系統的升級發展，保護設備——斷路器是關鍵。
我們目前的交流電網中佈置著大批量的電路開斷設備，小到家庭使用的空氣開關，大到變電站的高壓負荷開關、斷路器等等。這些能夠及時切斷線路的設備，是保障電網及時切斷線路，隔離故障區域、故障點的關鍵所在。
直流輸電單條線路向多端的直流電網，乃至更為龐雜的直流系統的升級發展的關鍵，就在於可提供及時切斷線路的設備。
高壓直流斷路器是直流輸電線路由“線”組“網”的關鍵。對於直流輸電系統，高壓直流斷路器將成為未來直流電網系統中的核心裝備。
2016年12月29日，應用於舟山五端柔性直流輸電工程的200kV高壓直流斷路器投運。此次共使用了兩個斷路器，一家供貨商為許繼電氣，另一家供貨商為南瑞集團下屬子公司普瑞工程。
目前，ABB、ALSTOM、中國西電等公司已經都完成了高壓直流斷路器的樣機研製，但是成本普遍偏高，並且還未掛網運行。
核心器件仍然需要進口，國產替代進程逐步加快
IGBT及其驅動目前還只能依靠進口，主要供應商包括有ABB、英飛凌、東芝、三菱等。
2016年1月由我國中車株洲生產的IGBT也成功應用在了廈門柔性直流工程之中。但是，IGBT產品從性能到質量上看，國內產品仍然無法滿足。
閱讀更多 一點大學 的文章
