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摘要：风电在最近几十年保持着了蓬勃发展的势头，在相当长的未来，风电装机容量将继续保持这种良好的发展势头，风电将逐渐成为电源的重要部分。风电场装机容量有逐渐增大的趋势，我国和其他国家已经开始建设风电基地。建设风电基地，集中开发风能，大规模甚至超大规模利用风能，可以降低风电开发成本。另外，风力资源分布相对集中，这为风电的大规模利用提供了条件。风电场较小，风电场一般是通过配电网接入。但是，装机规模较大的风电场和风电基地不能通过配电网接入，而需要接入输电网，使风电场的电能在较大范围内消纳，大容量、远距离输电成为风电场联网不可或缺的一环。随着陆地风力发电的进一步开发，陆地可供开发的风能资源逐渐减少，为了进一步开发风能，人类把目光投向了海洋。海上风电技术日益成熟，大规模开发海上风电指日可待。
关键字：风电、交直流并网、VSC-HVDC
引言：
装机容量大的风电场和风电基地，一般远离负荷中心，风电场需要经过电压等级高的输电线路进行联网。目前，风电场联网可以分为交流和直流两大类:高压交流输电和高压直流输电。风电并网是大规模利用风能节约资源、保护环境、建设国民经济最有效的方式。
风电场联网有交流联网和直流联网两种方式。传统的交流联网方式应用时间已相当长，目前仍然占据主要地位。过去的风电机组装机容量小，对电网的冲击相当有限，那时风电并网给系统带来的影响主要有电压波动和闪变、谐波污染等一些电能质量问题，随着现代风电场规模的不断扩大，大容量风电机组并入电网，风电联网给系统带了的负面影响扩展到系统的稳定性和安全性。
1.风电的交流并网技术（HVAC）
HVAC的主要优点是传输系统结构简单，当传输距离比较近时，其成本比较低。但是交流输电也存在一系列难以跨越的技术阻碍，如线路的容性功率、同步运行系统的稳定性、潮流控制等。风电存在波动且波动范围很大，最大出力接近风电场的总装机容量，而最小出力接近零。风电场出力在较大范围内波动，这需要系统具有足够的、实时性能好的无功调节能力和足够的调频能力。另外，风电场出力的波动，还会导致线路潮流分布不合理、联络线交换功率难以控制等问题。
2.风电的直流并网技术（HVDC）
风电场通过交流方式联网存在上述难以解决的困难，大型风电场和海上风电场联网，人们越来越青睐高压直流输电。HVDC技术是电力电子技术在电力系统输电领域中应用最早同时也是较为成熟的技术。与HVAC相比，具有以下特点：
（1）经济性：HVDC线路的造价和运行费用比HVAC低，而换流站的造价和运行费用均比交流变电站高。因此对同样的输电容量，输送距离越远，直流比交流的经济性越好。HVAC随着输送距离的增加，输送的容量将受其稳定极限的限制，为提高输送能力，往往需要采用额外的各种技术措施，从而又增加了HVAC的造价。通常规定，当HVDC线路与换流站的造价和HVAC线路和直流换流器的造价相等时的输电距离为等价距离。也就是说，当以远距离输送电能为目的时，对于一定的输送功率，当输电距离大于等价距离时，采用HVDC更为经济。目前国外架空线路的等价距离约为600-800km，我国架空线路的等价距离约为1000km，电缆线路的等价距离则已降到20-40km。另外，HVDC系统的构成使得HVDC工程可按照电压水平或级数分阶段投资建设，这也提高了HVDC的经济性。
（2）互联性：HVAC能力受到同步发电机功角稳定问题的限制，且随着输送距离的增大，同步机之间的联系电抗越大，稳定问题更加突出，HVAC能力受到更大限制。相比之下，HVDC不存在功角稳定性问题，可在设备容量及受端交流系统允许的范围内，大容量输送电力。交流系统连网的扩展，会造成短路容量的增大，许多场合不得不更换断路器，但选择合适的断路器比较困难。而采用直流对交流系统进行互连时，不会造成短路电容的增加，也有利于防止交流系统故障的扩大。因此，对于已经存在的庞大交流系统，通过分割成相对独立的子系统，采用直流互连，可有效减少短路容量，提高系统运行的可靠性。另一方面，HVDC所连两侧电网无需同步运行，因此HVDC可实现电网的非同步互连，进而HVDC可实现不同频率交流电网的互连，起到频率变换器的作用。
（3）控制性：HVDC具有潮流快速可控的特点，可用于所连交流系统的稳定和频率控制。HVDC的变换器为基于电力电子器件构成的电能控制电路，因此对于电力潮流的控制迅速而精确。
（4）灵活性：易于构成多端直流输电网络，进而实现多个风电场或混合分布式电源的并网。
由于上述HVDC自身的一系列特点，使得HVDC有其适用的应用领域，如海底电缆输电、长架空线输电、交流系统互连以及作为限制短路电流的对策而获得了各国人们的极大关注。目前，HVDC已成为电力电子技术在电力系统应用中最全面，但同时也是最为复杂的系统，对HVDC的研究仍然任重而道远。
3.采用VSC-HVDC系统的风电并网技术
目前，联网风电场主要手段有VSC-HVDC、常规直流输电HVDC和交流输电HVAC3种。VSC-HVDC由于本身的很多优良特性，更适用于风电场联网，还有助于系统黑启动和风电场的“孤岛”运行等。采用直流联网方式实现风电场的长距离联网时，由于直流电缆成本的降低以及直流线路上损耗所占比例的降低，可抵消掉由于安装换流站带来的成本增加。
另外，直流联网可以隔离风电场和交流主网，有助于系统故障后的快速恢复。交流联网的优点是成本较低，但是当输电线路距离超过一定数值后，交流电缆成本所占比例变大，会产生大量容性无功电流，需要加静止无功补偿器(SVC)进行无功补偿。而且交流联网必须使风电场与所联交流电网保持同步。
最后，由于直流输电的运行特性，其传输电能时不会传播交流电网的交流属性（如电压相角，频率），也就隔绝了风电注入电网的谐波，避免了风力发电对电网的谐波污染；并且由于风电并网连接在各机组母线电压收到风机本身发电的影响，电压通常达不到稳定的要求，采用VSC-HVDC并网时，还可以起到STATCOM的作用，动态地补偿风机公共连接点的无功缺额，达到稳定机端母线电压的作用。另外，在风电机发生故障停运时，还可以借助VSC提供的母线电压，达到依靠网侧自启动的目的。
4.结论：
传统基于晶闸管的相控换流技术的CSC-HVDC对被连接系统有短路容量的要求，需要被连接系统是强交流系统，但是风电场严格意义上讲属于弱交流系统，如果通过传统高压直流输电技术联网，需要附加装设同步调相机等无功补偿装置和大量的滤波装置。如采用VSC-HVDC联网，可独立控制有功功率和无功功率，可以为无源网络提供电力，适合没有电源的海岛或者海上钻井平台供电，又可以动态地补偿交流网络的无功缺额，起到了STATCOM的作用，从而改善电能质量和提高系统的稳定性。国内外文献也指出，VSC-HVDC的无功支撑可以提高风电联网性能，抑制电压波动和闪变提高电网的电压稳定性。
参考文献
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