柔性直流輸電：風電并網(wǎng)新技術(shù)

“通俗地講，在現(xiàn)有的電網(wǎng)中使用了柔性直流輸電系統(tǒng)，相當于在電網(wǎng)中接入了一個閥門和電源，它不僅可以有效地控制其上面通過的電能，隔離電網(wǎng)故障的擴散，而且還能根據(jù)電網(wǎng)需求，自身快速、靈活、可調(diào)地發(fā)出或者吸收一部分能量。”中國電科院賀之淵博士介紹道，“這對優(yōu)化電網(wǎng)的潮流分布，增強電網(wǎng)穩(wěn)定性，提升電網(wǎng)的智能化和可控性，都具有一定的作用。”

　　從技術(shù)上來說，柔性直流輸電是以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術(shù)，其采用最先進的電壓源型換流器和全控器件，是常規(guī)直流輸電技術(shù)的換代升級。相比于交流輸電和常規(guī)直流輸電，在傳輸能量的同時，還能靈活地調(diào)節(jié)與之相連的交流系統(tǒng)電壓。具有可控性較好、運行方式靈活、適用場合多等顯著優(yōu)點。

　　交流并網(wǎng)的技術(shù)瓶頸

　　目前，使用交流并網(wǎng)是絕大多數(shù)風電場并網(wǎng)的選擇。但是風電場通過交流并網(wǎng)目前普遍存在一些技術(shù)瓶頸：

　　首先，使用交流并網(wǎng)需要風電場和所連接的交流系統(tǒng)必須嚴格保持頻率同步，而風機對并網(wǎng)處交流母線電壓波動較為敏感?，F(xiàn)有運行經(jīng)驗表明，交流系統(tǒng)電壓波動是風機退網(wǎng)的主要原因之一。

　　其次，在交流系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，風電場的穩(wěn)定運行往往需要在母線出線端加裝無功補償裝置，從而提高風場的故障穿越能力。但這樣一來加大了風電場投資，另外補償裝置對風機的最大風能捕捉及風機控制器本身，都有可能造成不利影響。

　　最后，對于海上風電場來說，如果使用交流電纜連接，當電纜長度超過一定數(shù)值后，需要很大的感性無功補償裝置，尤其是對于距離岸邊較遠的風電場來說，在線路中間進行無功補償幾乎沒有可能。

　　而使用柔性直流輸電電纜理論上沒有距離限制，所以當超過一定的等價距離后，一般大于50~100千米，使用直流并網(wǎng)是最合理的選擇。

　　常規(guī)直流輸電存問題

　　常規(guī)直流需要所連交流系統(tǒng)提供換相電壓，比較容易發(fā)生換相失敗的故障，這對于風電場來說大大降低了其安全穩(wěn)定運行的能力。

　　常規(guī)直流在傳輸同樣容量的功率時，比交流和柔性直流輸電方案的占地面積要大得多（兩倍以上），因此不適合風電場使用。

　　常規(guī)直流在傳輸較小容量時，與交流和柔性直流輸電相比單位造價較高，因此不適合用于風電場并網(wǎng)。

　　對于風電場來說，當風力不夠使得風機從系統(tǒng)中切除后，為給風電場處的負荷供電，系統(tǒng)將有限度地向風電場傳輸有功功率，這時可能需要無功補償來保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。而常規(guī)直流不具備發(fā)出無功的能力，且本身還需要大量的無功補償裝置，這同樣會加大換流站的面積，因此不適合在風電場（尤其是海上風電場）使用。

　　柔性直流輸電對可再生能源發(fā)展意義重大

　　從柔性直流輸電技術(shù)本身來說，它能夠給風電場提供良好的動態(tài)無功支撐，避免風電場的無功補償設(shè)備投資；同時提供優(yōu)異的并網(wǎng)性能，防止風電場的電壓波動對交流系統(tǒng)的影響，并同時改善風電場對系統(tǒng)波動的抗干擾能力。由于能夠提供電壓支撐作用，它還能大幅度提升風電場在交流系統(tǒng)發(fā)生故障情況下的低電壓穿越能力；另外，由于柔性直流輸電不受距離限制，因此也是國外大型遠距離海上風電場并網(wǎng)的唯一選擇。基于以上顯著優(yōu)勢，柔性直流輸電目前已成為國際上公認的風電場并網(wǎng)的最佳技術(shù)方案。

　　目前柔性直流輸電換流站的單位成本大約為常規(guī)直流輸電的1.5倍左右，但是隨著技術(shù)的改進以及工程的大量應用，其造價也在逐漸降低。尤其是當傳輸距離較長時，使用柔性直流輸電方案與交流輸電相比其技術(shù)經(jīng)濟性就更為優(yōu)越。因此在我國風電場（尤其是海上風電場）大規(guī)模開發(fā)利用越來越多的情況下，柔性直流輸電技術(shù)的大規(guī)模推廣應用，對于滿足我國清潔高效的能源利用的需要，有著顯著的意義。