远海风电送出技术应用现状及发展趋势

远海风电高效可靠送出是实现中国能源转型和保障能源安全的重要载体。针对远海风电直流送出,结合工程实践全面论述了海上风电直流的应用现状和存在问题,指出了海上风电柔直小型化的主流方案和海上风电直流组网的发展趋势。同时对近期研究热点二极管整流送出方案进行了梳理,明确了降低全控设备器件数量是基于跟网型风机二极管整流送出亟待解决的问题,多构网风机稳定运行和自启动是实现基于构网型风机二极管整流送出亟须解决的问题。结合世界首个低频输电工程,介绍了海风低频的2种拓扑技术。最后对远海风电送出各技术方案未来的应用场景进行了展望。     

远海岸海上风电输电方式技术经济分析

全球海上风电呈现远海化、规模化、集群化趋势,远海风电输电方式选择至关重要。考虑海上风电场规模、离岸距离等因素,采用等年值法,结合14种远海风电典型场景,从技术性、经济性两个维度,对高压工频交流、柔性直流、低频交流等3种海上风电输电方式进行对比分析。研究表明,工频交流输电技术在中小容量、中远距离海上风电送出应用场景具有技术、经济优势,柔性直流输电技术应用于大容量、远距离海上风电送出场景时经济优势凸显。同时,对35、66 k V交流汇集-柔直送出两种方案进行比较,指出66 k V汇集无海上升压站-柔直方案更具经济性,进一步缩短了交直流输电方式等价距离,并给出典型场景海上风电输电方式选择建议,提出了远海岸海上风电送出方式选择指导意见。     

大容量远海风电柔性直流送出关键技术与展望

大容量远海风电集中送出能够有效降低开发成本,柔性直流输电作为远海风电的主要送出方式具有广阔应用前景。全面论述了大容量远海风电柔性直流送出关键技术与展望,首先介绍了远海风电交、直流典型送出方案,对比了交、直流送出方案的经济性;接着介绍了±500 kV/2 000 MW海上风电直流送出关键技术,从整体技术方案、可靠性、接地方式等方面对比了对称单级接线系统和双极接线系统的特点,分析了海上风电场66 kV无升压站汇集带来的新问题;指出了大容量远海风电送出技术在直流海底电缆、新型送出方式、智能化运维、控制保护、海上换流平台轻型化等方面的发展方向与挑战。     

远海风电直流汇集送出系统直流线路继电保护技术现状与展望

为适应远距离、大容量的输电场景,远海风电直流汇集送出系统应时而生,其发展呈现出新特征、新趋势,给其直流线路继电保护带来严峻挑战。为此,首先明确了远海风电直流汇集送出系统的组网方式,并阐述了新型系统中直流线路继电保护的特殊性。其次,针对故障分析方法、故障识别原理、故障隔离策略等关键问题,对研究成果进行归纳与总结,厘清现有方法在新型系统中的适用范围。最后,展望了上述关键问题的技术发展趋势,为远海风电直流汇集送出系统的直流线路继电保护技术研究提供支撑与参考。     

海上风电典型送出方案技术经济比较研究

海上风力发电具有不占用土地资源,风速高的优点,是风电产业未来的主要发展方向。结合国内海上风电工程实例,在给出典型海上风电并网方案基础上,对海上风电场的交流、直流送出方案的技术经济比较进行分析研究。     

海上风电柔性直流送出紧凑型控制保护系统设计方案

随着大容量远距离海上风电的开发,采用柔性直流送出方式具有更大的优势,基于海上平台造价高、空间小,设备维护成本高等特点,提出了海上风电柔性直流送出紧凑型控制保护设计原则,研制了适用于海上风电特点的紧凑型控制保护主机。提出了紧凑型控制保护系统的总体方案。构建了紧凑型控制保护系统RTDS仿真平台,试验结果验证了紧凑型控制保护设计方案的正确性,为海上风电柔性直流送出工程应用提供了重要参考。     

基于二极管不控整流单元的远海风电低频交流送出方案

远海风电场凭借其丰富稳定的风能资源成为未来风电发展的主要趋势。目前已投运的远海风电送出工程大多采用柔性直流输电技术,其投资成本较高。为此,提出一种基于二极管不控整流单元（diode rectifier unit, DRU）的远海风电低频交流送出方案。该方案取消了海上换流器平台,采用DRU代替常规交-直-交变频器中的低频侧换流器,能够有效降低工程的投资成本和运行损耗。由于DRU不具备主动控制能力,提出适用于远海风电低频交流送出系统的风电机组控制策略,其中机侧换流器采用定直流电压控制,网侧换流器则在全局统一参考坐标系下同时实现最大功率跟踪控制和交流侧电压控制。最后,通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真,对风电功率波动、陆上交流电网三相短路故障和海上交流电网三相短路故障等典型工况下的系统响应特性进行研究,验证所提方案的可行性。     

基于平均绝对误差的海上风电经柔直送出系统交流海缆纵联保护

海上风电经柔直送出系统交流海缆线路两侧故障电流均受控,故障特征与传统同步电源有着明显差别,差动保护存在不正确动作风险。针对该问题文中介绍了一种基于平均绝对误差的海上风电经柔直送出系统交流海缆纵联保护。所提保护根据一定时间窗内一侧电流采样值与负的另一侧电流采样值之间计算得到的平均绝对误差值在区内外故障时的差异构成保护判据,并对所提保护的性能进行了分析。利用PSCAD软件仿真验证了所提保护在各种工况下的有效性。仿真结果表明：所提保护在区内外故障时能够正确动作,且在高阻故障时有着良好的性能,面对风机不出力的极端情况下也能正常工作并具备选相功能,性能比差动保护更优越,更适用于海上风电经柔直送出系统交流海缆线路。     

一种适用于远海风电直流汇集送出换流阀的拓扑及其技术经济性分析

高压直流送出技术是大规模、远距离海上风电开发的重要手段,送出换流阀是其核心装备。基于模块化多电平换流器(MMC)的交流汇集送出换流阀存在成本高、体积和重量大等问题,海上平台工程建设成本高,而基于直流变压器(DCT)的直流汇集送出换流阀有望解决这一问题。首先,通过分析直流汇集送出换流阀的技术特征和可行的拓扑结构,明确了采用容性能量转移型直流变压器(CET-DCT)构成直流汇集送出换流阀,具有成本低、体积和重量小、效率高等特点。然后,进一步将CET-DCT拓扑改进为适用于工程应用的双极拓扑,介绍了所提拓扑的基本工作原理,并搭建了仿真模型和实验平台,仿真结果和实验结果充分验证了拓扑的可行性。最后,与基于MMC的交流汇集送出换流阀拓扑综合对比表明,基于CET-DCT的直流汇集送出换流阀技术经济性更好。     

海上风电直流送出与并网技术综述

随着深远海风电开发利用的快速发展,风电直流送出与并网成为技术热点.针对风电交流汇集直流送出、低成本直流送出、多端直流送出和多电压等级直流送出技术,全面论述了海上风电直流送出技术在系统拓扑、装备、控制与保护方面的现状和存在的问题,以及研究热点和发展趋势,指出海上风电场集群共享直流集中送出是近期的主流方案,系统的宽频振荡是亟待解决的问题,使整体系统体现主导电源特征是关注的热点.为降低成本,基于二极管整流送出的技术路线具有良好的预期,但纯二极管整流送出需要风电机组的改进.海上风电多端直流并网系统的成熟依赖于低成本直流断路器和暂态控制保护技术的进步,而海上风电多电压等级直流并网系统尚缺乏直流变压器等关键装备的支撑.     

±525 kV/2 GW海上风电柔性直流送出系统海上换流站设备选型探讨

随着海上风电向大容量、远距离的不断发展,送出系统采用柔性直流将逐渐成为一种主流方案。文中基于荷兰TenneT电网公司IJmuiden Ver±525 kV/2 GW海上风电柔直送出技术咨询项目,结合海上换流站的布局特点、环境条件和运维要求,介绍了海上换流站主要电气设备的结构及运行方式,并重点分析海上换流站内主要电气设备的选型方案,对同类型工程设计和应用提供了参考。     

面向海上平台轻型化的跟网型中频远海风电场直流送出方案

海上风电具有广阔的发展前景,而可靠、高效的大规模远海风电并网系统是开发海上风电的关键技术.针对远海风电直流送出系统的海上平台轻型化问题,提出一种跟网型中频远海风电场直流送出方案.该方案采用跟网型风电机组,直流系统的整流侧和逆变侧都采用模块化多电平换流器(MMC).首先,从拓扑结构和控制系统2个方面对该跟网型中频方案进行了描述;接着,就海上风电场交流系统运行频率对风电场及其直流送出系统的影响进行了分析,包括对变压器、交流电缆和MMC等的影响.基于±320 kV/1000 MW海上风电直流送出系统,分析了100 Hz跟网型中频方案的技术经济性,包括关键电气设备的主回路参数、海上交流电缆造价、海上平台造价、风机造价、交流电缆损耗和整流站阀损耗、交流电缆输电能力.最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了跟网型中频方案的电磁暂态仿真模型,验证了该方案的有效性.     

海上风电场输电方式研究

海上风电对于推动我国绿色转型发展、保障东部负荷中心能源电力供应具有重要意义。目前我国海上风电项目以近海海上风电项目为主,未来随着技术进步、成本下降,海上风电将向规模化、深远海化趋势发展,如何实现大容量海上风电的远距离输送是一个极具现实意义而又十分迫切的课题。本文在借鉴现有海上风电项目实际经验的基础上,重点分析交流输电方式和柔性直流输电方式等海上风电主要输电方式存在的问题,对不同输电方案的技术性和经济性进行对比研究,通过相关论证分析对海上风电输电方式的选取提出建议。     

海上风电柔性低频交流送出系统输送能力计算与分析

柔性低频交流输电应用于中远距离海上风电送出具有技术经济优势,研究其输送能力对确定系统参数和方案具有重要参考意义。文中分析了约束海上风电柔性低频交流送出系统输送能力的电压、电流条件,推导建立了由最大输送功率和最远输送距离描述的输送能力计算方法;计算了220 kV和330 kV系统的输送能力,分析了系统频率和海缆截面的影响。结果表明,选择12.5～30 Hz频率范围、最大1 200 mm2海缆截面,离岸距离为250 km时,单回220 kV和330 kV系统输送的风电场最大容量分别约为200～400 MW和200～570 MW。实际风电场柔性低频交流送出系统的参数还应在经济性分析的基础上具体确定。     

海上风电柔性直流输电系统故障穿越安全研究

对比国内外新能源、直流输电技术相关标准,根据现有标准情况,分析国内外在海上风电经柔性直流输电系统并网故障穿越方面的安全要求。基于电磁暂态仿真程序EMTP-RV,对欧洲某±320 kV柔性直流输电系统及其连接的海上风电进行仿真分析,研究交流系统强度、换流器控制模式、过电压特性和换流器电磁暂态模型对故障穿越的影响,由仿真结果交叉验证现有安全标准,为海上风电经柔性直流输电系统并网的安全稳定运行和相关标准更新提供参考。     

海上风电交流送出无功补偿配置方案研究

由于长距离海底电缆的充电功率大量盈余,无法实现无功就地平衡,同时海缆过电压及沿线电流需满足海上风电接入相关标准,从海缆沿线的过电压及电流出发,基于海上风电接入相关标准,制定海上风电无功补偿方案配置流程。以实际工程为例,基于PSCAD和PSS/E软件搭建海上风电场交流送出仿真模型,研究无功补偿配置方案,为海上风电交流送出工程的无功补偿配置方案提供了理论支撑,提升了工程经济性。     

直流断线故障下海上风电经柔性直流送出系统的暂态特性

断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值.首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响.其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性....     

适应大规模新能源友好送出的直流输电技术与工程实践

随着能源转型需求增长及新能源快速发展,中国能源结构与电力系统结构正面临着巨大变革。为了适应大规模新能源送出需求,构建以新能源为主体的新型电力系统,迫切需要研发应用灵活可靠的输电技术,基于电力电子设备的直流输电技术重要性日益凸显。目前,中国正在应用的直流输电技术包括常规直流输电技术、柔性直流输电技术及混合直流输电技术。文中基于中国直流输电技术发展和工程实践,归纳分析了大规模新能源经直流送出技术在工程应用中的关键问题,探讨了若干技术方向,为新能源送出技术发展提供了参考。