柔性直流输电是什么？

柔性直流是什么？名词与台湾用语

「柔性直流」是中国大陆的常用说法，台湾多直接称 VSC-HVDC，或写作「电压源型高压直流输电」。「柔性」指的是换流器可以灵活控制：送多少电、往哪个方向送、要不要帮电网稳电压，都能用控制器快速调整。

另一种常见混淆：台湾新闻的「HVDC 概念股」多半是 AI 资料中心的 800V 直流供电，不是电网柔直，详见 此 HVDC 非彼 HVDC。

柔性直流怎么运作？

交流与直流

家里插座的交流电，电流方向每秒来回改变 50 或 60 次。长距离、尤其是海底电缆送电时，交流电缆本身会吃掉大量「充电电流」，距离越长越不划算；直流电方向固定，没有这个问题。代价是两端都要盖换流站，所以存在一个「多远以上直流才划算」的损益平衡距离。

六站送电流程

交流电网 A → 换流变压器 → 换流站 A（整流）→ 直流线路 → 换流站 B（逆变）→ 交流电网 B。两端换流站都能控制，所以电可以双向送。

MMC：一阶一阶叠出电压

现代柔直的换流器由成百上千个「子模组」串成。每个子模组里有 IGBT 开关和一颗电容，控制器随时决定要投入几个，像叠积木一样把电压一阶一阶叠出来。子模组越多，叠出来的波形越平滑、谐波越少，可以减少大型滤波设备。

开关元件有模组式与压接式两大类。研究指出压接式寿命较长，故障时会形成短路而非断路，让换流阀能继续运作，适合更高额定的系统 [17]；实际采用哪一种因厂商设计而异。东芝 2026 年推出专为直流输电设计的 6,500V／2,000A 压接式 IEGT [18]。

传统直流与柔性直流比较

（在「MMC：一阶一阶叠出电压」段落下方放第四节的 MMC 波形互动图）

柔性直流用在哪里？

离岸风电并网

风场越远，交流海缆越不划算。德国北海、中国大陆广东与江苏的远海风场都用柔直上岸。

跨海、跨国联网

把两国电网接起来互相调度，例如英国–挪威 North Sea Link、英国–丹麦 Viking Link。

海岛供电

海岛电网弱，旧式直流接不上。韩国济州岛第三条直流联网就是该国第一条柔直 [15]。

城市与地下电缆

无法架电塔的地方改走地下或水下，例如美国 CHPE 全线埋设，送电进纽约市 [12]。

陆上长距离大容量

中国大陆甘肃–浙江 ±800kV 把西北新能源送到东部负载中心 [1]；德国 SuedLink 把北部风电送到南部 [10]。

电网分区与黑启动

背靠背柔直可隔开两个电网；大停电后，柔直换流器能自己建立电压，协助电网重新启动。

此 HVDC 非彼 HVDC

台湾新闻说的「HVDC」，多半是 AI 资料中心的 800V 直流供电；本站讲的柔性直流，是电网上数十万伏的输电技术。

两者不同，但技术正在交会

做电网柔直的研究团队，已开始把同一套电磁暂态建模方法用到资料中心。例如华北电力大学直流输电研究团队 2026 年 9 月的学术前沿主题，就是资料中心固态变压器的电磁暂态建模 [62]。电网与机房的直流技术虽然规模差很多，研究方法与人才正在互通。

各国柔性直流进展

以下只列已查证的事实，每项附来源；尚未查证的历史工程列在工程资料库并标示「待查」。

中国大陆

• 甘肃–浙江 ±800kV、800 万千瓦、全长 2,370 公里，总投资约 353 亿元人民币，国家电网称为世界首条送、受两端皆采柔直的跨区特高压工程，计划 2026 年投运 [1][77]；2026 年 4 月完成控制联调总结 [2]。
• 昆柳龙（乌东德水电送电广东、广西）：2020 年 12 月投产，±800kV、800 万千瓦，送端为传统直流、两个受端为柔直的多端混合直流，是全球首个特高压柔直工程 [75][76]。
• 江苏如东：亚洲首个柔直海上风电，全球首个 ±400kV 海上风电柔直，2021 年全容量并网，海上换流站汇集三座风场共 110 万千瓦 [66][67]；直流电缆每极含 99 公里海缆与 9 公里陆缆 [68]。
• 阳江三山岛：±500kV、200 万千瓦，采「海陆一体」：115 公里直流海缆上岸后不转交流，直接接 180 公里直流架空线送往大湾区 [70][71]；海上换流站 2026 年 7 月从江苏发运 [69]。
• 阳江青洲五、七：世界首座 ±500kV／2000MW 柔直海上换流站「海风之心」，66kV 风机直接接入换流站，省去中间升压平台 [72]；直流海缆 88.8 公里，2026 年 8 月全线具备带电条件 [73][74]。
• 藏东南–粤港澳：四座柔直换流站，总投资 550 亿元，计划 2029 年投产 [4]。
• 市场报告指柔直在海上风电项目占比由不到 1% 升至约 55% [5]（市场研究，证据中等）。
• 已研制 6.5kV IGBT 与 IGCT 柔直换流阀，并以国产直流电容器取代进口 [4]。

德国

• 四条南北直流干线：Ultranet 约 2GW 预计 2026 年、A-Nord 约 2GW 2027 年、SuedLink 约 4GW（约 700 公里）2028 年底、SuedOstLink 约 2GW 2028 年 [10]。
• SuedLink 采 ±525kV 直流地下电缆 [11]。
• BorWin6：±320kV、980MW、离岸 100 公里以上，由中国国网智研院得标，计划 2027 年底投运 [6]。
• BorWin1 是第一个以柔直接小型离岸交流网的工程，曾出现换流器与电网共振的高频振荡 [21]。

荷兰与德国（TenneT）

• 2023 年签下约 300 亿欧元合约，建设 14 套 2GW 柔直并网系统，预计 2031 年前完成 [9]。
• 以 2GW、525kV 为标准化方案，让制造商依产品系列生产 [22]。

英国与北海

• North Sea Link（英国–挪威）：1.4GW，2021 年 10 月启用，两端 ±525kV 柔直换流站 [13]。
• Viking Link（英国–丹麦）：1.4GW、±525kV，采 Siemens 模组化多电平柔直换流站，全长 765 公里，2023 年 12 月 29 日启用 [14][78]。
• Shetland 直流联网：2024 年 8 月投运，是欧洲第一个多端直流系统 [50]。

美国

• CHPE（魁北克–纽约）：1,250MW、全长超过 600 公里，2026 年 5 月 13 日商转，可供纽约市约 20% 用电 [12]；采 Hitachi Energy 的电压源型直流技术，是北美最长的直流电缆系统 [12b]。

日本

• 北海道–本州：旧北本连系 60 万千瓩与新北本第 1 极 30 万千瓩运转中，新北本第 2 极 30 万千瓩建设中 [7]。
• 1979 年启用的北本第 1 极将更新为自励式（电压源型）换流设备，东芝得标，预计 2031 年度运转 [7]。
• 北海道–本州「日本海路线」新规划，最新方针改为多端子直流构成 [8]。

韩国

• 完岛–东济州第 3 条直流联网：200MW，是韩国第一条采用柔直技术的直流联网 [15]。
• 仁川新富平：500MW 背靠背柔直，由 GE 与韩电合资公司承建 [16]。

中国大陆柔性直流工程

从直流电网、多端混合直流，到远海风电与海陆一体送出，按技术路线阅读。既有案例资料截至 2026 年 11 月；张北于 2026 年 11 月补入历史来源，并非本月新增投运。

张北：从专线走向直流电网

张北于 2020 年 6 月正式投运，设有张北、康保、丰宁、北京四座换流站，额定电压 ±500kV、额定输电能力 450 万千瓦、线路长度 666 公里 [89]。国家电网公布的总换流容量为 900 万千瓦，与最大输送能力不是同一个量，不能混用 [90]。

张北与康保接入新能源，丰宁接入抽水蓄能，北京接入负载中心；公开报导记录其直流断路器可在 3 毫秒内开断 25 千安直流电流 [91]。这是特定设备的报导规格，不代表所有柔直断路器。

特高压、多端与海上工程

• 甘肃–浙江 ±800kV、800 万千瓦、全长 2,370 公里，总投资约 353 亿元人民币，国家电网称为世界首条送、受两端皆采柔直的跨区特高压工程，计划 2026 年投运 [1][77]；2026 年 4 月完成控制联调总结 [2]。
• 昆柳龙（乌东德水电送电广东、广西）：2020 年 12 月投产，±800kV、800 万千瓦，送端为传统直流、两个受端为柔直的多端混合直流，是全球首个特高压柔直工程 [75][76]。
• 江苏如东：亚洲首个柔直海上风电，全球首个 ±400kV 海上风电柔直，2021 年全容量并网，海上换流站汇集三座风场共 110 万千瓦 [66][67]；直流电缆每极含 99 公里海缆与 9 公里陆缆 [68]。
• 阳江三山岛：±500kV、200 万千瓦，采「海陆一体」：115 公里直流海缆上岸后不转交流，直接接 180 公里直流架空线送往大湾区 [70][71]；海上换流站 2026 年 7 月从江苏发运 [69]。
• 阳江青洲五、七：世界首座 ±500kV／2000MW 柔直海上换流站「海风之心」，66kV 风机直接接入换流站，省去中间升压平台 [72]；直流海缆 88.8 公里，2026 年 8 月全线具备带电条件 [73][74]。
• 藏东南–粤港澳：四座柔直换流站，总投资 550 亿元，计划 2029 年投产 [4]。
• 市场报告指柔直在海上风电项目占比由不到 1% 升至约 55% [5]（市场研究，证据中等）。
• 已研制 6.5kV IGBT 与 IGCT 柔直换流阀，并以国产直流电容器取代进口 [4]。

海上工程：相似电压，不同阶段

具备带电条件、设备发运与商业运转是不同里程碑；没有新来源时，不自动升级状态。

设备与研究延伸

已公开的 IGBT、IGCT 换流阀与直流电容器国产化资讯见 [4]。本站不据此推定所有工程的晶片供应商、国产化比例或阀型；个别工程仍需设备商与业主文件确认。

换流器、故障保护与建模

全球工程资料库

每日行业动态

原始来源与更正纪录

全球柔性直流工程资料库

可依地区筛选。「查证」栏：✓ 表示本站已比对来源，待查 表示依一般技术资料整理、尚未逐笔查证。

（下方放第六节的工程资料库表格与筛选按钮）

柔性直流的成本、损耗、优缺点与设备厂商

成本：钱主要花在换流站

直流线路每公里比交流便宜，但两端换流站是很大的固定成本，所以距离越长越划算。参考量级：TenneT 为 14 套 2GW 柔直系统签下约 300 亿欧元合约 [9]；英国 National Grid 的直流换流器框架合约总额约 246 亿英镑 [46]。合约涵盖范围各不相同，不宜直接换算成每 GW 单价。

损耗：依国际标准计算，因设计而异

柔直换流阀的损耗依 IEC 62751 系列计算，整座换流站则依 2026 年新版 IEC 61803，新版首度正式纳入柔直换流站 [48]。实际损耗随工程设计不同，本站不列单一数字。一般技术认知是：超长距离、超大容量的陆上输电，传统直流在损耗与成本上仍较有优势，这也是中国大陆许多特高压干线仍采传统直流的原因。

优点与限制

主要设备厂商

• 英国 National Grid 直流换流器框架入选者：GE Vernova、Hitachi Energy、三菱电机、Siemens Energy [46]。
• 日本：东芝能源系统承接北本连系更新 [7]。
• 中国大陆：国网智研院曾得标德国 BorWin6 [6]；南方电网自研 IGBT 与 IGCT 换流阀 [4]。
• 其他常见于市场报告的厂商包括中国西电、韩国晓星等 [47]（市场研究，证据中等）。

台湾柔性直流现况

为什么台湾还没有

• 多数风场不够远：已商转风场多在 20 公里内，第三阶段规划场址离岸最近约 10–36 公里 [25]。
• 门槛不是硬规定：大彰化西南距岸约 50 公里、海龙 3 号离岸 50–70 公里，已落入文献的 50–80 公里区间，但台湾至今没有直流并网工程（见下表）。国际上也有例子：英国 Hornsea One 离岸 120 公里、输电海缆路径 145 公里，评估直流后仍选交流，理由是整个开发与运转周期的成本和风险较有利；代价是在半途加建全球第一座海上无效功率补偿站 [64][65]。
• 电网政策走另一个方向：台电十年 5,645 亿元的强化电网韧性计划，以就近供电、分散为主轴 [27]，例如五大电厂以 161kV 以上线路直供七大园区 [24]。
• 没有本土设备商：换流阀与控制保护全球由少数大厂供应，台湾厂商只在变压器、海缆等周边。

台湾离岸风场距岸距离总表（本站整理）

距岸距离取各来源公布的「离岸距离」，实际海缆路径通常更长。台湾目前没有直流并网工程，因此现有风场上岸方式皆列为交流（本站依公开资料判断）。

本站观察：台湾已有风场离岸达 50–70 公里仍以交流上岸，代表「距离」不是唯一决定因素，并网点位置、单场容量、成本与既有供应链都会影响选择。这正是台湾最值得研究、也最少人回答的问题。

同样的距离，对岸选了直流

台湾海峡另一侧，风场距离和台湾差不多，却已经用柔性直流上岸：

如东的营运方表示，工程面对远海高湿、高盐、台风频发的环境，设备可利用率达 99.5%，与交流相比输电线损降低约 1.2 个百分点（营运方自述）[66]。阳江三山岛的海上换流站则以可抵御 17 级台风、8 级地震设计 [69]。

本站观察：台风与地震常被认为是台湾做柔直的障碍，对岸工程显示这在工程上可以克服；台湾选择交流，更可能是政策、并网点与既有供应链的结果，而不只是技术限制。

台湾其实已经在用「同一套技术」

台电正在全台 11 座变电所增设 STATCOM（静态同步补偿器）[28]。STATCOM 同样以子模组组成的阀塔运作 [29]，只是接在交流电网上稳电压，而不是送直流电。台湾首座由三菱电机与士林电机取得，预计 2026 年在南科变电所运行 [29]。

可能出现柔直的情境

• 远海与浮动式风电：法规已解除离岸风电不得超过 12 海里的限制 [30]，浮动式示范预计 2032 年并网 [31]。
• 长期规模：国发会 2050 路径规划离岸风电 40–55GW [32]。

谁来盖海上电网？

离岸风场到岸上的输电，各国由不同角色负责，这会影响能不能统一规划成大型直流系统：

一份欧洲比较研究发现，输电业者主导模式的资本支出可低于开发商自建模式 [82]。柔直这类大型、昂贵、需要多座风场共用的设施，通常更适合统一规划；台湾目前的开发商自建模式，是远海直流化时值得讨论的制度问题（本站推论）。

台湾产业位置

本节为产业说明，不构成投资建议。

柔直的家族：电网正在电力电子化

柔性直流只是一个更大趋势的一部分：过去电网靠大型旋转发电机撑住，现在越来越多设备透过换流器接上电网。要真正理解柔直，下面这些都是同一个家族（本段为一般技术说明）：

柔性直流研究缺口

全球缺口

1. 直流电网保护：直流故障没有过零点，直流断路器仍在成熟中 [38]。
2. 多厂商互通：直流侧电网规范尚未建立，欧盟 InterOPERA 计划研究至 2027 年 4 月 [39]。
3. 换流器振荡：BorWin1 的共振经验显示原规划方法不足 [21]。
4. 构网型控制：让换流器自己建立电压与频率。
5. 供应链：国际能源署指出直流电缆等待时间超过五年 [40]。

台湾在地题目（本站推论）

1. 孤岛长条电网接入柔直的稳定性
2. 台风与地震下的换流平台与海缆可靠度（对岸已有以 17 级台风、8 级地震设计的海上换流站 [69]，台湾条件仍需在地验证）
3. 远海与浮动式场址的交直流规划比较
4. 国际产能与台湾时程的采购对照
5. 柔直人才盘点与培育
6. 直流并网的监管与补偿制度比较
7. 海上电网由谁建设：开发商自建、输电业者主导或建后移转，哪种模式适合台湾远海阶段

2046 年的台湾直流想像

以下为本站情境推论，不是预测；每年会对照实际指标更新。

情境 A：交流到底

远海成本过高、融资困难延续，离岸风电以近岸交流为主，台湾没有电网柔直；直流只出现在资料中心。

情境 B：远海上岸

浮动式示范成功，风场往远海扩张；2035–2040 年间出现台湾第一条柔直，2046 年数条运转。

情境 C：直流成网

用电成长与电网瓶颈加剧，出现多端海上直流汇集站与陆上背靠背分区。

追踪指标：浮动式示范进度、后续区块场址距离、台电输电规划是否出现直流项目、用电年成长率。

国际趋势（本站整理，不是预测）

• 从专线走向直流电网：多端直流、海上汇集站、跨国联网。
• 标准化与大型化：欧洲以 2GW、525kV 为标准，中国大陆 ±500kV／2GW 已落地。
• 设计简化：风机直接接换流站、海陆一体送出。
• 直流断路器与构网控制逐步商用，决定直流电网能否成形。
• 资料中心直流与电网柔直在研究方法与人才上交会。

工程师专区：柔性直流技术深入

给电机系学生与电力工程师的进阶整理。台湾学界常把 MMC 称为「模组化多阶层转换器」或「多阶层模组化转换器」，查询国内论文时可用这两个词。

1. 子模组拓扑：半桥、全桥与混合

2. 直流故障处理的三条路线

1. 跳交流断路器：最简单，但整条直流线路停电，恢复较慢。
2. 故障阻断型换流器：全桥或混合 MMC 自行阻断故障电流，代价是元件多、损耗高。
3. 直流断路器：传统机械式断路器动作时间约数十毫秒，混合式可把故障电流限制在数毫秒内 [54]。

值得注意的是，有模拟研究比较两种组合，发现「半桥 MMC 加直流断路器」的故障电流较小、切断较快、过电压较低，表现优于全桥方案 [55]。哪条路线最好，取决于系统是点对点还是多端电网。

3. 控制架构

本段为一般技术说明，未逐项附来源；各厂实作差异大。

• 外回路：依换流站角色控制有功功率或直流电压，以及无功功率或交流电压。
• 内回路：在同步旋转座标（dq 轴）下做电流控制，需锁相回路（PLL）与电网同步。
• MMC 特有控制：子模组电容电压平衡、臂间环流抑制，以及最近电平逼近或载波移相等调变方式。
• 多端直流：常以直流电压下垂控制让多个换流站分摊功率。
• 构网型控制：换流器自行建立电压与频率；InterOPERA 于 2024 年订出直流换流站的构网功能规格，强制项目包括自同步、惯量功率与正阻尼 [56]。
• 振荡风险：研究指出风机锁相回路与换流器交流电压外回路频宽偏低时，可能形成低频共振 [57]。

4. 建模与模拟

一座换流站可能有数千个子模组，逐一模拟非常耗时，因此发展出不同精细度的模型。以 CIGRE 直流电网基准系统为例，详细等效模型约 3 分钟可算完的案例，完整详细模型需约 500 分钟 [58]。

建模的国际参考是 CIGRE WG B4-57 技术手册 TB-604《直流电网中换流器模型开发指南》[59]。研究上常用的 CIGRE 直流电网测试系统包含 3 个直流系统、11 座交直流换流站与 2 座直流–直流换流站 [60]。

常用工具（一般整理）：电磁暂态用 PSCAD／EMTDC、EMTP、MATLAB／Simulink；即时模拟与硬体回路测试用 RTDS、OPAL-RT；系统规划用 PSS/E 等。实例：华北电力大学的新能源电力系统国家重点实验室即引进 RTDS 与 RT-Lab 即时模拟平台 [62]。

5. 相关标准

• IEC 62751 系列：柔直换流阀损耗计算 [48]。
• IEC 61803:2026：直流换流站总损耗计算，新版纳入柔直 [48]。
• CIGRE TB-604：直流电网换流器建模指南 [59]。

6. 台湾的学习与研究资源

• 国内已有大学投入 MMC 研究，例如清华大学电机系有多篇硕士论文研制多阶层模组化转换器，并指出其应用涵盖静态同步补偿器、高压直流与电池储能 [61]。
• 查找国内研究：以「模组化多阶层转换器」「多阶层模组化转换器」「高压直流」搜寻台湾博硕士论文知识加值系统。
• 职涯（本站推论）：台湾尚无柔直工程，相关能力目前可在 STATCOM、离岸风电并网、电力电子产业累积，这些都使用相同的换流器技术。

7. 建议学习路径（本站整理）

1. 电力电子基础：开关元件、PWM、三相换流器。
2. 换流器控制：dq 座标、锁相回路、电流与电压控制。
3. MMC：子模组、电容平衡、环流、调变。
4. 电磁暂态模拟：在 PSCAD 等工具重现 CIGRE 测试系统。
5. 直流保护与直流电网：断路器、故障阻断、多端控制。
6. 进阶阅读：CIGRE 技术手册与 IEEE 电力输送、电力电子期刊。

8. 主要研究机构与推荐书单

本表持续扩充，欢迎研究团队来信提供资料。

推荐书单（简体中文专着，作者与出版资讯待查证后补上）[63]：

• 《混合直流输电》
• 《柔性直流输电建模和仿真技术》
• 《模组化多电平换流器直流输电建模技术》

9. 直流电缆：交联聚乙烯与浸渍纸

直流电缆主要有两类：绝缘用交联聚乙烯（XLPE）挤出的电缆，以及用纸带浸渍绝缘的浸渍纸（MI）电缆 [80]。柔直反转送电方向时不需要改变电压极性，因此可以使用成本较低的 XLPE 电缆；传统直流反转潮流需要反转极性，过去多搭配浸渍纸电缆 [79]。浸渍纸电缆仍是超高电压、长距离海底大容量输电的选项之一 [80]。

10. 系统接线方式

阳江青洲五、七的海缆就是「一回两根」的双极设计，一正一负搭配运行 [73]。

11. 混合直流

把传统直流与柔直放在同一个系统：送端用成本较低、适合大容量的传统直流，受端用柔直，以适应负载中心的电网条件。中国大陆的昆柳龙工程就是送端昆北为传统直流、受端柳北与龙门为柔直的三端混合直流 [76]。

12. 设计趋势：省掉中间平台、海陆一体

• 风机直接接换流站：阳江青洲五、七让 66kV 风机直接接入海上换流站，省去中间升压站，大幅节省投资 [72]。
• 海陆一体：阳江三山岛的直流海缆上岸后不转回交流，直接接上直流架空线送往负载中心 [71]。

13. 替代方案：低频交流

介于交流与直流之间的选项：把交流频率降到 16.7 或 20 赫兹，以延长交流海缆的经济距离 [87]。研究显示低频交流在中等距离可能比交流与直流都划算 [88]，中国大陆也已有柔性低频输电的示范工程 [87]。目前仍属示范与研究阶段（本站判断）。