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一、 更灵活、更可控、适用性更高，柔直技术助力构筑新型电力系统 5
（一） 什么是柔性直流输电？ 5
（二） 为什么要用柔性直流输电？ 7
（三） 柔直技术发展日益成熟，新能源大规模并网背景下有望加速渗透 10
1、 柔直技术逐渐成熟，输电容量逐步提升 10
2、 柔直输电技术能够解决新能源大规模接入带来的“双高”问题 11
3、 政策与电网规划推进柔直输电技术运用 12
二、 特高压与海风柔直快速渗透，2025 年柔直设备市场有望爆发 14
（一） 特高压柔直：2025 年将成为直流线路开工数量与柔直渗透大年 14
（二） 海风柔直：海上风电向深远海发展，柔直送出渗透率有望提升 15
（三） 柔直背靠背：提升互联电网稳定性，柔直背靠背市场空间有望逐步提升 17
三、 柔直换流阀设备最受益，IGBT 和支撑电容亟需国产化 19
（一） 换流阀产业链最受益，核心零部件包括IGBT 和电容 19
（二） 竞争格局：换流阀集中度整体较高，IGBT 与支撑电容亟待国产化 19
（三） 相关标的与估值 21
四、 风险提示 21
图表目录
图表 1 柔直与常直原理对比 5
图表 2 两端 VSC-HVDC 结构示意图 6
图表 3 柔直输电技术原理图 6
图表 4 模块化多电平换流器拓扑结构 6
图表 5 换流阀子模块内部结构（例） 7
图表 6 IGBT 与晶闸管原理对比（例） 7
图表 7 柔直与常直技术、性能对比 7
图表 8 常直有功功率提升过程中无功功率也会增加（无法拆分控制） 9
图表 9 柔直可实现四象限运行，有功、无功功率独立可控 9
图表 10 国内外柔直工程发展趋势 10
图表 11 我国 IGBT 规格升级历程 10
图表 12 我国煤电与新能源装机结构变化趋势 11
图表 13 新能源大规模接入引发电压支撑能力不足等问题 11
图表 14 大规模新能源接入解决方案 12
图表 15 不同类型构网设备对电网的支撑能力对比 12
图表 16 柔直相关政策及电网规划 12
图表 17 24-25 年预计开工的特高压直流输电工程 14
图表 18 特高压工程中柔直换流阀设备价值量 14
图表 19 特高压工程中柔直换流阀市场空间测算（市场规模为招标额口径） 15
图表 20 深远海风使用柔直送出较交流更为经济 15
图表 21 2000-2023 年中均离岸距离和水深 15
图表 22 我国柔直海上风电项目（不完全统计） 16
图表 23 我国已招标柔直换流阀海风项目 17
图表 24 海风送出工程中柔直换流阀市场空间测算（市场规模为招标额口径） 17
图表 25 我国柔直背靠背互联工程 18
图表 26 柔直与常规直流线路核心站内设备招标价值量对比（亿元） 19
图表 27 柔直换流阀成本结构 19
图表 28 荣信汇科采购成本结构 19
图表 29 柔直工程中柔直换流阀市场格局 20
图表 30 国内电网柔直工程用IGBT 相关进展 20
图表 31 部分内资企业柔直支撑电容研发与应用进展 21
图表 32 柔直输电设备相关标的与估值（截至 2025 年 4 月 17 日） 21
一、更灵活、更可控、适用性更高，柔直技术助力构筑新型电力系统
（一）什么是柔性直流输电？
基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）是一种继交流输电、常规直流输电后的第三代直流输电方式。基于 1990 年加拿大 McGill 大学Boon-Teck Ooi 等人首次提出的
基于电压源换流器的直流输电概念，柔性直流输电采用全控型器件如绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）构成的电压源换流器（Voltage Source Converter， VSC）取代了常规直流输电中基于半控器件晶闸管的电流源换流器（Current Source Converter，CSC）。1997 年，ABB 公司在瑞典Hellsjön–Grängesberg 工程中进行了柔直首次工业性试验验证了其工程可行性。2006 年 5 月，在中国电力科学研究院组织了“轻型直流输电系统关键技术研究框架研讨会”中，专家将第三代直流输电技术命名为“柔性直流输电”。
图表 1 柔直与常直原理对比
李立浧《新型电力系统需要电力电子技术》
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柔直的“柔”体现在其控制的灵活性、换流的自主性以及对多场景的适用性。第一，柔直换流器具备“有源”特性：柔直的电压源型换流器（VSC）可通过自主调节输出电压的
幅值和相角，自由调控换流器与电网交换的有功功率和无功功率，灵活参与电网电压调节，且无需依赖无功补偿装置。第二，柔直可实现自主换流，避免换相失败：柔直换流器采用全控型器件 IGBT，换流全程关断可控，无需依赖外部电网的电压状态，这意味着
即使电网电压剧烈波动，柔性直流换流器仍能自主换流，极大避免了常直会出现的换相失败问题。第三，柔性直流换流器具备强大的自适应特性：无需依赖外部交流电压支撑， 甚至可适配无源网络，并且易于构建多端网络，因而它能够在大规模新能源基地、海岛、
城市中心等传统直流输电技术受限的区域运行，应用场景显著拓展。
以送、受均为单端的输电模式为例，柔直输电系统由两端换流站和直流线路组成，换流
站根据运行状态可以作为整流站（交→直）或逆变站（直→交）运行，其中核心设备有柔直换流阀、换流变压器、电抗器和直流控保等。除此之外，按拓扑结构分，柔直系统还包
括背靠背柔性直流输电系统与多端柔性直流输电系统：背靠背柔性直流输电系统的送端和受端位于同一柔性直流换流站内（即输电线路长度为零）；多端柔性直流输电系统由多
于两个柔性直流换流站和连接它们的直流输电线路组成，能够实现多电源供电以及多落点受电。
资料来源：
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图表 2 两端 VSC-HVDC 结构示意图
安鸽等《柔性直流输电工程中用 DC-Link 电容器研究及应用》
资料来源：
用电压源换流器（VSC）取代电流源换流器（CSC），是柔直得以实现“柔”的核心基础。
电流源换流器的主流实现形式为电网换相换流器（Line Commutated Converter，LCC），基于半控型器件晶闸管，需要依赖电网电压换相，换相失败风险高；相较而言，电压源换流器采用了全控型器件 IGBT，可以同时控制开通和关断，并且独立调节有功和无功功率，
可以有效提升电网安全稳定水平。VSC 主要有两类拓扑结构：（1）二电平或三电平电压
源换流器，基于脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）理论。（2）模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC），基于最近电平逼近调制（Nearest Level Modulation，NLM），通过子模块（Sub-Module, SM）级联实现高电压、低谐波输出，是当前柔性直流输电的主流结构。
图表 3 柔直输电技术原理图 图表 4 模块化多电平换流器拓扑结构
国网浙江省电力公司培训中心《柔性直流输电运维技
国家标准《柔性直流输电用变压器技术规范》GB/T
术》 37011-2018
从硬件角度来看，IGBT 的特性使得 VSC 可以带来“柔”。换流阀是换流器的核心功率
资料来源：
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单元，由多个电力电子零件组成，通过开关控制实现电能转换。柔直换流阀最核心的部件是绝缘栅双极型晶体管（IGBT），而柔直较常直输电系统上的优点很大程度就来自于
IGBT 和晶闸管的差异。晶闸管是半控型器件，只能控制开通，而关断依赖电网反向电压：
晶闸管是 PNPN 层序 4 层结构器件，其关断特性是，PN 结中积聚载流子的电容效应产生反向恢复电流，该电流在经过峰值后迅速减小过程中，回路电感上产生感应电压，并与电源电压叠加作用在晶闸管两端，使之承受很高的反向过电压，从而晶闸管逐步恢复到
高阻状态。而 IGBT 是全控型器件，这也是柔直可以利用 PWM 或 NLM 调制的基础：
IGBT 的输入端（栅极）采用 MOSFET 的栅极绝缘层结构，通过电压信号控制导通和关断；输出端（集电极-发射极）采用BJT 的双极型载流子（电子和空穴）导电机制；通过对门极信号的控制，IGBT 可随时开通和关断，实现动态调节。
图表 5 换流阀子模块内部结构（例） 图表 6 IGBT 与晶闸管原理对比（例）
刘泽洪等《高压大容量柔性直流换流阀可靠性提升关
刘阳等《高压直流输电用晶闸管关断特性分析及建模
键技术研究与工程应用》 仿真》，功率半导体生态圈公众号，
（二）为什么要用柔性直流输电？
柔性直流输电在继承直流输电技术固有优势的同时，其“柔性”特点意味着其不仅不依赖交流电网的强弱独立运行，还可为交流电网和新能源机组提供动态支撑，拥有“无换相失败风险、可同时分别独立控制有功功率和无功功率、无需无功补偿、谐波水平低、节约用地”等优点，在新能源发电并网、偏远地区电网接入、海岛互联、多端直流接入等工况的方案解决有显著优势。
常规直流
柔性直流
电源形式
直流源
电压源
核心电力电子器件
半控型晶闸管器件
全控型 IGBT 器件
我国最大电压
±1100kV
±800kV
最大输送容量（已投运）
12GW
8GW
输送功率
略高
略低
可否向无源系统供电
否
是
有无换相失败风险
系统故障或开关操作可能导致换相失败
无换相失败问题
无功补偿
需要
不需要，可四象限运行
有功与无功功率控制
有功和无功不能独立控制
有功和无功可以独立控制
图表 7 柔直与常直技术、性能对比
损耗
较小
较大
频率控制
较慢
较快
滤波要求
大容量滤波器+并联电容器/SVC，谐波较大
小型滤波器，谐波较小
换流站占地面积
大
小
模块化程度
低
高
实现多端的难易程度
难
容易
单位建造成本
较低
较高
国家电网，郭贤珊等《特高压直流输电技术发展现状与思考》，国网浙江省电力公司培训中心等《柔性直流输电运维技 术 》，李明《构网型直流技术研究现状及发展方向》，
无换相失败风险：
换相是指电流从一个支路转移到另一支路的过程；“换相失败”是指退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内未能恢复阻断能力，或者在反向电压期间换相过程未进行完毕， 则在阀电压变成正向时，被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相，主要原因是交流系统故障使得逆变侧换流母线电压下降。
柔直的核心元件 IGBT 是全控型器件，导通和关断由栅极电压决定，不需要外加交流电源作为换相支撑，可以自己实现换相，即使受端交流系统发生严重故障，只要换流站交
流母线仍然有电压，就能输送一定的功率，无换相失败风险。而传统直流输电采用的晶闸管是半控型器件，其关断需要电压自然过零，若电网电压发生跌落或畸变等情况时， 反向电压不足，晶闸管无法关断，换相则会失败；通常只要逆变站交流母线电压因交流系统故障导致瞬间跌落 10%以上幅度，就会引起逆变器换相失败，而在换相失败恢复前传统直流系统无法输送功率。
可以同时分别独立地控制有功功率和无功功率，无需无功补偿：
常直电流源换流器基于半控型器件晶闸管，其只能控制导通而不能控制关断，因此通常依赖于改变触发角（α）来控制直流电压的大小（控制自由度为 1），以实现对有功功率
（P）的调控，因无功与有功强耦合，无法独立调节无功功率（Q）。而柔直电压源换流器的 IGBT 器件是全控型器件，既可以控制导通也可以控制关断，反映在输出电压的基波
相量上，就表现为电压的幅值和相位角都是可控的（控制自由度为 2），因此支持独立调节有功和无功功率。另外，柔直换流器不需要交流侧提供无功功率，而且本身能够起到
静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）的作用，动态补偿交流系统无功功率，稳定交流母线电压；而 LCC 运行需要吸收大量无功。
具体而言，柔性直流系统可以在四象限运行，运行灵活性较高，适用于不同情形。根据
Q 正负的不同，可以分为不同的无功功率形式，当Q<0 时，为容性无功，当Q>0 时，为感性无功；根据 P 正负的不同，可以区分 IGBT 元件不同的工作模式，当 P<0 时，为逆变模式，即直流向交流的转变，当 P>0 时，为整流模式，即交流电转变为直流电的模式。
图表 8 常直有功功率提升过程中无功功率也会增加
（无法拆分控制）
图表 9 柔直可实现四象限运行，有功、无功功率独立可控
资料来源：
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电网头条公众号 电网头条公众号
谐波水平低，节约滤波器用地：
传统直流输电换流器会产生特征谐波和非特征谐波，必须配置相当容量的交流侧滤波器
和直流侧滤波器，才能满足将谐波限定在换流站内的要求。而柔性直流输电的两电平或三电平 VSC 采用 PWM 技术，开关频率相对较高，谐波落在较高的频段，可以采用较小容量的滤波器解决谐波问题；对于采用 MMC 的柔性直流输电系统，通常电平数较高，
不需要采用滤波器己能满足谐波要求。滤波器体积较大，减小滤波器的尺寸可以有效减小换流站的体积，根据徐政《柔性直流输电系统》，柔直比传统直流输电占地少很多，典型值为传统直流输电的 20%。
适用场景广：
柔直较常直适用于更多场景。
① 可向弱电网或无源网络供电：常直需要交流电网提供换相电流，要保证换相的可靠，
受端交流系统必须具有足够的容量，即必须有足够的短路比（Short Circuit Ratio），当受端交流电网比较弱时便容易发生换相失败。而构网型柔直 VSC 能够自换相，可以以无源逆变方式工作，不需要外加的换相电压，因此受端系统可以是无源网络（如孤立岛屿、偏远地区等）或弱电网。
② 多端系统构建：常规直流输电系统电流只能单向流动，潮流反转时电压极性反转而电流方向不变，因此在构成并联型多端直流系统时，单端潮流难以反转，控制很不灵活。而柔性直流输电系统的 VSC 电流可以双向流动，直流电压极性不会改变，在潮流反转时仅需调整直流电流方向，利于构成既方便控制潮流又具有较高可靠性的多端直
流系统，通过多个换流器的连接，将多个电源和负荷连接在一起，实现电力的灵活分配和传输。
③ 分布式可再生能源并网：柔直可以调节功率方向与大小，解决新能源波动性与间歇性。以风能、太阳能为主的可再生能源发电具有间歇性、波动性和分散性等特征，柔性直
流输电系统控制灵活且能够为孤岛可再生能源电场提供稳定的交流电压和频率支撑， 非常适合用于实现可再生能源的可靠并网；并且柔性直流系统易于构建具有多送端 和多受端的直流电网，通路冗余性强，有利于解决分散的可再生能源大规模并网和送出难题。
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（三）柔直技术发展日益成熟，新能源大规模并网背景下有望加速渗透
1、柔直技术逐渐成熟，输电容量逐步提升
柔直技术逐渐成熟，朝更高电压、更大容量发展。我国柔直技术起步较晚，但在发展速
度和工程容量上都呈赶超趋势，尤其在双碳目标加快实施的背景下，国内应用的柔性直流工程电压和容量增加了上百倍。2020 年 12 月，由南方电网公司投资建设的国家西电东送重点工程乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程（昆柳龙直流工程）提前正式投产；该工程是世界上首个特高压多端混合直流工程，额定电压为±800kV，送端输送容量为 8000MW，两个受端容量分别 3000MW、5000MW。
图表 10 国内外柔直工程发展趋势
李岩《面向双高电力系统发展需求的柔性直流输电技术》
资料来源：
柔直技术的发展，一方面来源于拓扑结构的设计、控制策略的优化等，另一方面来自核心器件 IGBT 规格的升级，我国在提升其电压等级和容量、降低损耗等方面均有进展。
2025 年 2 月 18 日，南方电网超高压公司牵头研发的基于 的柔性直流换流阀装备，顺利通过中国机械工业联合会组织的新产品技术鉴定； 的柔直换流阀有如下优势（1）节约用地：功率密度提升约 %，单桥臂单塔占地面积减少约 %，使柔直换流阀更加紧凑，解决了在土地资源稀缺和减重需求较高的应用场景下新能源远距离输送难题；（2）节能降耗、技术经济：降低损耗 23%，以 5GW 换流站为例，年节约电量约 亿度电，增加直接经济效益超 2000 万元。该产品未来可广泛应用于大型水电站、大型新能源基地和海上风电柔性直流送出工程，推广应用前景广阔。
图表 11 我国 IGBT 规格升级历程
李岩《面向双高电力系统发展需求的柔性直流输电技术》
此外，部分柔直项目也有采用全控型器件集成门极换流晶闸管（IGCT），但目前应用还较少。2024 年 12 月，三峡集团云南弥勒风电场柔性直流工程转入正式并网运行阶段，该
工程采用 288 只全国产化 （通流 2kA）IGCT-Plus 器件，是对 IGCT 器件及其换流阀技术的全面工程检验。IGCT 具有更高的阻断电压、更低的通态压降和制造成本等优点，但目前应用还较少。
2、柔直输电技术能够解决新能源大规模接入带来的“双高”问题
“双碳”目标下新能源快速发展，高比例可再生能源和高比例电力电子设备的新型电力系统“双高”特性日益明显。相比于同步发电机主导的传统电力系统，“双高”电力系统
低惯量、低阻尼、弱电压支撑等特征明显，且我国电网呈现交直流送受端强耦合、电压层级复杂的电网形态，送受端电网之间、高低压层级电网之间协调难度大，故障后易引
发连锁反应。具体而言，“双高”的主要特征包括：①支撑能力变弱：新能源设备的频率
调节和支撑能力、电压控制和支撑能力弱；②振荡风险提升：高比例电力电子装备引入宽频振荡问题，多类型设备间并网特性差异大；③随机波动增加：新能源出力具有随机性、间歇性、波动性，在网设备难以随时保持可用、按需响应；④抗扰能力减弱：新能源
暂态过载能力弱，复杂、恶劣条件下电力电子设备可靠性面临挑战。
图表 12 我国煤电与新能源装机结构变化趋势
李岩《面向双高电力系统发展需求的柔性直流输电技
资料来源：
术》
图表 13 新能源大规模接入引发电压支撑能力不足等问题
李岩《面向双高电力系统发展需求的柔性直流输电技
资料来源：
术》
构网型（Grid-forming）柔直可以缓解“双高”带来的问题，为电网强度提供支撑。要应对新型电力系统惯量降低、电压支撑能力不足问题，其中一个解决方案是应用构网技术
的电力电子设备提供支撑。以构网技术为核心构建具有电压源特性的电力电子变流器， 使电力电子设备向电网提供类似于同步机的电压、频率支撑能力；构网型变流器功率环输出电压指令且能够相位自同步，根据各种负载的需求实时调整功率。构网技术的载体
包括柔直换流阀、储能变流器、SVG、新能源（风电、光伏）并网变流器等，不同类型设备对电网支撑能力有差异，其中，柔直容量大，在惯量支撑、一次调频、电压支撑方面表现良好，因此柔直构网控制技术对电网的支撑作用非常重要。国网冀北电力在张北柔
直工程中探索应用构网型开环控制策略，平抑新能源出力随机波动给柔直电网带来的影响，大幅提高柔直电网调节能力和灵活性，提升绿电输送能力 30%以上。
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图表 14 大规模新能源接入解决方案 图表 15 不同类型构网设备对电网的支撑能力对比
马秀达等《柔性直流输电系统的构网型控制关键技术
李岩《面向双高电力系统发展需求的柔性直流输电技
与挑战》 术》
3、政策与电网规划推进柔直输电技术运用
政策要求推广柔直技术，构建以新能源为主体的新型电力系统。22 年 1 月，发改委、国
家能源局发布的《“十四五”现代能源体系规划》要求科学推进新能源电力跨省跨区输送， 稳步推广柔性直流输电。24 年 10 月，国家发展改革委等部门《关于大力实施可再生能源替代行动的指导意见》中要求，要加快可再生能源配套基础设施建设，推进柔性直流输
电等先进技术迭代。两网均规划加强对于柔直的研究和应用。21 年 11 月《南方电网“十
四五”电网发展规划》中提到推动柔性互联主网架技术路线，新建直流受端以柔性直流为主，存量直流逐步实施柔性直流改造；25 年 1 月，国网召开“±800kV/8GW”特高压柔性直流技术成果发布暨应用推进会。
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相关内容
2016 年 6 月
发改委、国家能源局
《能源技术革命创新行动计划（2016-2030 年）》
现代电网关键技术创新-战略方向-基础设施和装备：重点在柔性直流输配电、大容量高压电力电子元器件等先进输变电装备技术等方面开展研发与攻关。2030 年目标：柔性直流输配电技术、新型大容量高压电力电子元
器件等先进输变电装备达到。
2021 年 11 月
南方电网
《南方电网“十四五”电网发展规划》
推动柔性互联主网架技术路线，新建直流受端以柔性直流为主，存量直流逐步实施柔性直流改造，逐步构建“合理分区、柔性互联、安全可控、开
放互济”的主网架形态。
2022 年 1 月
发改委、国家能源局
《“十四五”现代能源体系规划》
完善区域电网主网架结构，推动电网之间柔性可控互联，构建规模合理、
分层分区、安全可靠的电力系统，提升电网适应新能源的动态稳定水平。科学推进新能源电力跨省跨区输送，稳步推广柔性直流输电。
2022 年 6 月
发改委、国家能源局、财政部、自然资源部等 9
部门
《“十四五”可再生能源发展规划》
将“深远海风电技术”列为可再生能源技术创新示范：支持大容量风电机组由近（海）及远（海）应用，开展海上新型漂浮式基础风电机组示范， 推进新型基础的使用，提升海上风电柔性直流输电技术，推动海上风电运
维数字化、智能化发展。
图表 16 柔直相关政策及电网规划