清洁能源大规模输送是新型电力系统要解决的首要问题
我国清洁能源分布和用电需求存在“胡焕庸线”。由于气候、生产力发展以及历史政治经济等因素，我国区域间的经济发展不平衡。1935年提出的“胡焕庸线”（又称黑河—腾冲线）就是这一现象的典型描述：胡焕庸线以东地区以约36%的国土面积，占据了我国95%以上的人口（20世纪30年代当时的数据）。而我国清洁能源分布和用电需求也存在“胡焕庸线”。胡焕庸线以东消费了86.5%的电量，以西则仅消费了13.5%，但是在清洁能源分布上，从我国风资源和光资源分布可以看出，胡焕庸线以西则远高于胡焕庸线以东。除了海上风电资源外，其余风光优质资源均远离负荷密集区，有巨大的电力调配需求。
海上风电是沿海重要的清洁能源，远海化、大型化是大势所趋。我国海上风电发展速度较快，2020年我国海上风电装机容量达3.1GW，超过欧洲首次成为全球最大的海上风电市场，新增装机容量超过全球的一半。2021年我国海上风电新增装机16.9GW，创历史新高，但随着2022年海上风电国家补贴退出，海上风电进入平价时代，装机量将回到正常水平。海上风电靠近负荷中心，利于消纳，且海上风电出力相对稳定，利用小时数高，是沿海地区最佳的清洁能源。根据广东、江苏等地的海上风电规划，结合国外海上风电发展趋势，深远海、大型化是大势所趋。
特高压直流是跨区大规模输电最佳解决方案
特高压包括特高压交流和特高压直流输电。特高压交流指电压等级1000kV 的交流输电项目，特高压直流指电压等级±800kV及以上的直流输电项目，两者的技术原理和发展逻辑则截然不同。特高压直流是典型的点对网输电项目，其基本原理是采用换流阀将交流电转换为直流电，输送至目的地后再将直流电转换为交流电，再接入交流电网，主要目的是输送电能。交流特高压除了输送电能外，还有承担改善电网架构，增强电网稳定性的作用。直流输电技术是基于电力电子技术的输电技术。交流输电由于具有拓扑简单、变压容易、设备造价较低等优点，成为了全球各国最普遍采用的输电技术，至今仍然是构成我国电网最重要的组成部分。直流输电技术则是伴随着电力电子技术的诞生而发展出的技术路线。
根据其采用的电力电子器件和功能的不同，可分为常规直流（LCC）和柔性直流（VSC） 两种路线：
（1）常规直流（LCC）是以晶闸管等半控型电力电子元件为换流阀核心器件的直流输电技术。其优点是输送容量大、造价便宜，但是需要较强的交流电网支撑。谐波量大，需要从电网中吸收无功，因此要配置大量的直流滤波和交流滤波设备。
（2）柔性直流（VSC）是以 IGBT 等全控型电力电子原件为换流阀核心器件的直流输电技术。其优点是可以通过模块化多电平技术形成非常接近标准正弦波的交流电，且有功和无功可以分别独立调节，不需要滤波设备，也不需要交流电网支撑。缺点是造价较高，且输送容量较小。
从远距离输电的角度，直流特高压比交流特高压有明显优势：我国电网分区运行的大格局不会改变。我国电网运营由国家电网公司、南方电网公司和内蒙古电力公司三家主要运营商承担，分别负责不同的区域，共分为东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网、西南电网、南方电网等7个区域同步电网，各个区域电网之间仅有较弱的联系，绝大多数电力生产和消纳均在区域内产生。
根据中电联数据，2021年全国跨区送电电量6876亿千瓦时，仅占全社会用电量的约8.3%，各区域之间联系较薄弱。扩大交流电网可能导致电网风险不降反升，根据2018年中国工程院《我国未来电网格局研究（2020 年）咨询意见》，应继续坚持以六大区域电网为主体的结构（2019 年渝鄂工程投运后西南电网和华中电网解列）。因此交流特高压无法跨区输电，仅在特定情况下可以发挥作用，如同一电网内既存在优质风光资源又有大量用电需求，同时两者距离较远。
直流输电是最佳的区域电网连接方式。但是，由于各地资源禀赋差异，我国对跨区输电又有比较大的需求，直流输电具有以下三大优点，使其成为了解决跨区输电的最佳解决方案：
（1）直流输电在远距离输电上具有突出的经济性。直流换流站造价比交流变电站更高，但由于直流输电不存在集肤效应和充电功率，对输电线路的利用率更高，因此当输电距离足够远时，其经济性就会反超交流输电。
（2）可以用于非同步电网互联。交流电网互联要求整个电网频率一致，因此无法用于非同步电网互联。直流输电则先将交流电整流为直流电再逆变为交流，可以应用于非同步电网互联。
（3）有利于电网事故隔离，不扩大电网事故风险。采用特高压直流输电，可以将其视为受端电网的一个远距离可控电源，两端的电网并不耦合，可以隔离两端电网。在发生电网严重事故时特高压直流可以隔离事故，不扩大电网事故风险。特高压交流另一典型应用场景是加强电网。随着我国大规模的直流输电输入华北、华东、华中以及西南等地，交流电网的坚强度决定了整个电力系统的安全性，交流特高压的需求随之上升。
柔性直流在新型电力系统中的重要作用
柔性直流特别适合远海大型海上风电送出。目前主流的海上风电送出方式是高压交流输电，即将海上风机接入海上升压站，升压至220kV或更高电压等级后送至陆上电网。直流输电由于没有充电功率，海底电缆的投资和输电效率相比于交流输电都更优，通常来说当输电距离大于约80km后，直流输电经济性就会超过交流输电。此外，由于常规直流需要较强的交流电网支撑，而海上风场是由风机构成的弱交流系统，无法满足常规直流的送电需求，因此柔性直流成为唯一经济且可行的方案。LCC-VSC 混合技术路线有效解决直流落点密集区域的特高压直流换相失败问题。经过数十年的建设，我国已经建成了32条以远距离输电为主要功能的直流输电工程，其中落点在长三角或广东省的工程均超过10条，密集的落点导致两地直流输电换相失败风险升高，电网事故隐患增加。柔性直流可以独立支撑电压，没有换相失败风险，是向上述两地继续馈入直流的最佳解决方案。目前南网已经建成乌东德直流输电工程，国网也在建白鹤滩—江苏特高压直流输电工程，都应用了柔性直流技术。但两个工程的技术方案有所不同。
柔性直流互联增加电网互济能力，提高供电可靠性和效率。我国区域电网间除了用远距离常规输电方案外，也可以在区域电网交接处采用背靠背柔性直流路线进行互联。所谓背靠背柔性直流，即将整流站和逆变站合在一起建设，没有直流线路。采用背靠背柔性直流技术，可以提高区域电网间的功率互济能力，且不扩大电网事故范围。此外，我国广东、江苏等地500kV电网已经非常庞大，结构复杂、短路电流超标问题突出，在其中加入背靠背柔性直流将电网“解开”，也可以有效解决上述问题。渝鄂背靠背工程和在建的闽粤联网工程，都是柔直背靠背工程的典型应用。
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