常规直流及柔性直流的多端直流输电系统和直流电网技术是解决这一问题的有效技术手段之一。直流电网在具有诸多优点的同时，也为整个网络的潮流控制提出了挑战。 当含有 N个换流站的直流电网中支路数多于N-1时 ，系统潮流无法通过换流站的控制实现有效调节， 某些支路会因得不到有效的控制而过载，危及电网安全。[1] 因此，为了最大限度地保证所有支路运行在载流限值内，可以采用两种解决方案：一是增加直流线路的容量， 二是安装可变电阻器或可控电压源等直流潮流控制器(DCPFC), 从而避免直流线路过负荷现象。直流潮流控制器可以在系统正常运行期间灵活地问节潮流以降低系统的损耗。[2]
基于电压源型换流器的柔性高压直流输电技术(voltage source converter HVDC，VSC-HVDC)具有不需无功补偿、换流站输出电压电流谐波含量低以及可实现有功无功解耦控制等优势，已经广泛应用于包括分布式能源并网输电在内的多个领域，推动着直流输电技术由点对点高压直流输电(high voltage DC，HVDC)向多端高压直流输电(multi-terminal HVDC，MTDC)乃至复杂直流电网的方向发展。但电网复杂程度的不断提高，使得线路潮流控制难度不断加大，需要加装直流潮流控制器来提高系统控制自由度。[3]作为一种改变电压型直流潮流控制器，电流潮流控制器（current flow controller，CFC）投资成本低，投入设备少，只进行潮流分配而不与外部电网发生能量交换，不需要承受系统级高压，具有非常好的应用前景，是进行直流电网潮流控制和优化的有效设备。[4]
网状HVDC网格概念可以带来优势，如增强供电可靠性和操作灵活性。然而，在控制性和操作性方面，必须解决若干挑战。其中，电网内部的电力流量控制是一个主要问题。在网格化的 HVDC 网格中，每个节点中注入的电源由 VSC 控制，而电网内的电源取决于节点电压和电缆电阻。[5]不受控制的功率流量可能导致变速箱过载和瓶颈。在直流电网中可以引入基于电力电子装置的其他器件，以面对上述挑战。这些器件称为电流或功率流量控制器（CFC 或 PFC），并且往往是串联转换器，将可变压的电压插入可修改电流的直流线路中。氟氯化碳可分为三种主要类型：可变抗电、直流/交流转换器和直流/直流转换器。[6]
直流电网发展的动力是更好地利用已安装的转换器和传输资产的经济效益。然而，实现这些好处并非没有许多技术挑战，而其中一个挑战就是控制直流系统周围的电力流。如果不进行干预，电力系统周围的自然功率流可能导致某些导体携带比其它导线更多的电流，从而导致更大的整体传输损耗，或者在极端情况下，导体的热过载。[7]这绝不是一个新问题;交流电网已经存在了一个多世纪，并且与许多不同的设备处理功率流量控制，这些器件调节沿各个传输路径的功率流。然而，在交流系统中，主要的阻抗是传输介质的电感，通过操纵无功功率流，可以控制电网周围的真实功率流。不幸的是，在网状直流系统中，电流完全由导体的直流电阻控制，并且传输路径电感在稳定状态功率流中没有任何作用。因此，用于控制交流电网中电力流的技术并不直接适用于网状直流电网。[8]电流转换器（CFC）是一种相对较小、价格低廉的低损耗器件，可以大大增强直流电网周围电流的控制。可以控制直流电网电缆和线路中的直流电流，以避免单个导体过载或优化，以降低整体电网电力损耗。控制器还可以支持其他电网操作，如线路切换，并可能减少直流断路器的开关任务，甚至避免需要直流断路器。[9]
直流 CFC 由两个相同的全桥 DC-DC 转换器组成，两个转换器的电容器并联。由于桥接转换器拓扑相同，直流 CFC 的可扩展性很容易实现; 由于物理结构简单，电压额定值低，该直流CFC的成本也相对较低。[10]直流 CFC 的控制性能在基于模块化多级转换器 （MMC） 的网状 3 端子 （3-T） HVDC 网格上进行测试。网格化MTDC网格中的直流分支电流控制是利用直流CFC提出的控制策略实现的，并通过实时数字模拟器（RTDS）的案例研究进行验证。本工作中介绍了一系列基于跨路 DC/DC 的 CFC，当预期单向电流流经直流线路时，所需的开关比双 H 桥 CFC 更少。[11]推导出氟氯化碳的平均模型，并解释其运行原理。对所拟拓扑的优点和优势进行了分析，结果表明，与采用自由轮路径和两个IGBT开关相比，它具有更简单的结构，而双H桥集成了自由轮路径，具有IGBT开关，但控制更为复杂。可将非二元氟氯化碳结构合并到建议的电路中，以处理直流电网中的所有电流配置。这项工作还描述了扩展 CFC 拓扑的操作和调制策略，该拓扑能够使用所有当前配置运行，并概述了保护设备，以确保在发生直流故障时的安全。还对5端子网状HVDC网格进行了建模，以测试氟氯化碳的性能，并给出了CFC的控制方案。[12]扩展 CFC 拓扑的仿真结果表明，该器件能够平稳启动，并说明它可以通过直流线控制到参考值的电流。它还可以空直流电流和反转直流电流，并在动力流变化期间保持电流调节。上述几种潮流控制器能够很好的应用到线路中，改变直流潮流，为直流输电领域的发展起到了很大的推动作用，但是为了进一步的减少损耗和投资成本，电流潮流控制器（CFC）也随之发展起来。该潮流控制器装在直流潮流重要的母线处，使其通过这条线路的电流能够进行分配去控制其他支路的电流，进而达到控制整个潮流的作用。与线间直流潮流控制器工作原理相似，同样不需要与外界交流系统相连。[13]
随着传统能源的短缺和环境恶化问题的不断加剧，世界各国已经认识到能源的利用与开发必须从传统能源向绿色可再生能源等清洁能源过渡。截至2012 年6 月，中国并网风电容量已达到52.58times;103 GW，成为世界第一风电大国；同时中国光伏发电容量也将达到4 GW。但受限于电力系统消纳能力，大部分可再生能源未得到有效利用，甚至出现“弃风”、“弃光”现象；另一方面风电、太阳能等新能源发电具有间歇性、随机性特点，属于间歇式电源。随着各种大规模可再生能源接入电网，传统的电力装备、电网结构和运行技术等在接纳超大规模可再生能源方面越来越力不从心，为此必须采用新技术、新装备和新电网结构来满足未来能源格局的深刻变化。[14]当前国外对多端直流输电及直流电网技术的研究日益深入。国际大电网会议成立了6 个工作组，在直流电网可行性、规划、直流换流器模型、拓扑、潮流控制、控制保护以及可靠性等方面开展研究工作。此外，欧洲已于2008 年提出超级智能电网(Super Grid)规划，旨在充分利用可再生能源的同时，实现国家间电力交易和可再生能源的充分利用；并于2010 年4 月成立了一个包含技术研发和示范工程的合作组织——TWENTIES，即利用创新工具和综合能源解决方案，来实现大幅度低电压穿越的风力发电及其他可再生资源发电的电力传输，旨在为迎接大规模风电进入欧洲电力系统而扫除障碍，帮助欧洲实现其20/20/20 目标，即欧洲要在2020 年实现：二氧化碳排放降低20%；能源利用效率提高20%；20%的电力消耗来自可再生能源。2011年，美国基于其电网大量输电设备老化、输电瓶颈涌现、大停电事故频发的背景，提出了2030 年电网预想(Grid 2030)，即美国未来电网将建立由东岸。到西岸、北到加拿大、南到墨西哥，主要采用超导技术、电力储能技术和更先进的直流输电技术的骨干网架。[15]
参考文献
[1] Xu F, et al. “A modular multilevel power flow controller for meshed HVDC grids.”Sci China Tech Sci.2014,57(9):1773-178.
[2] Chen X, Sun H S, Wen J Y, et al. Integrating wind farm to the grid using hybrid multiterminal HVDC technology. IEEE T Ind Appl,2011, 47: 965–972
