浅谈海上风电场电力系统

海上风电场电气系统的设计方式直接影响风电场的可靠运行、有功损耗、投资成本等。文章从风电场电气系统的4个主要因素进行介绍和分析,并根据项目规划,结合水域特点,对其在设计、施工和运行等阶段可能出现的问题进行了阐述,为海上风电项目的建设提供参考。     

计及海底电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法

海上风电功率波动性较强,其外送海底电缆载流与温度变化的不同步性(热惯性)显著,短时载流潜力有待挖掘.对此,提出了计及电缆热特性的可接纳海上风电装机容量评估方法,在充分考虑电缆短时载流能力的情况下评估其可接纳的风电装机容量.基于海上风电功率及其变化速度的概率分布规律,提出风电功率时间序列模拟方法,而后结合交联聚乙烯(XL...     

海上风场出力变化对电力系统电压影响

针对沿海大规模风电场集中接入负荷中心电压偏高和波动过大问题,笔者以电力系统仿真软件PSD-BPA为平台,在现有陆地风电场基础上建立了考虑集电海缆的海上风电场几种模型,分析了集中模型、陆地风电模型、陆地及海上风电模型下风电出力波动对沿海某局部电网静态电压的影响,并以陆地及海上风电模型为例,提出了风机和SVC协调控制策略.分析结果表明,海上风场近区电压水平整体偏高,电压波动受风电影响较大,风机和SVC协调控制策略能较好地解决海上风场近区存在的电压问题。     

无功配置对海上风电场输出海缆损耗的影响分析

基于海上风电场输电系统模型和海底电缆参数,分析了海上风电场无功补偿配置方法和海缆损耗的计算方法,建立了海上风电场输电系统简化模型,计算了不同规模、不同传输距离海上风电场采用两端补偿和陆上单端补偿两种方案时输出海缆导体损耗,得到了海缆导体损耗-风电场出力曲线。在风电场低出力水平及长距离传输时,两端补偿损耗更低,而在风电场高出力水平或短距离传输时,单端补偿损耗稍低一些。     

适用于海上风场并网的混合多端直流输电技术研究

针对海上风电并网的需求,提出了采用VSC换流器连接海上风场和弱受端交流系统,LCC换流器连接较强交流系统的混合多端直流输电系统拓扑结构,并对一个混合5端直流输电系统进行了详细研究。分析了5个换流器的电压电流控制特性,设计了直流系统控制策略,研究了系统在风速波动、逆变侧VSC和LCC分别出现三相短路故障以及直流线路故障时系统的动态响应特性,仿真结果表明所提出的混合多端直流输电系统具有较好的运行特性,可以适应海上风电并网的需求。     

风电并网对电力系统的影响初探

风力发电作为一种新型的可再生能源,具有改善能源结构、经济环保等方面的优势。通过分析风电并网对电力系统带来的影响,为电力系统运行规划人员提供参考及为相关风电管理办法的制定提供依据。     

德国海上风电VSC-HVDC技术分析

系统地总结和梳理了德国海上风电并网情况及发展特点,分析阐述了德国海上风电场群集中并网的技术特征和经验,比较分析了高压交流输电和VSC-HVDC技术在海上风电并网应用的优缺点。最后,结合德国经验和中国发展需要,提出了海上风电并网分析模型。     

特约主编寄语

海上风电资源丰富、清洁低碳,规模开发和商业发展潜力巨大,是实现能源结构转型、绿色可持续发展的重要战略支撑。目前,中国海上风电装机容量接近全球的50%,位居世界第一,且主要集中于东南沿海地区,紧邻发达城市电力负荷中心,是缓解东南部地区电力供需压力的重要途径。     

考虑海底电缆充电功率的风电场出力特性

考虑连接风电场的海底电缆的充电功率较大,易引起母线电压偏高的问题,本文指出了风电场存在一个出力下限。分析计算了不同无功补偿方式下,补偿容量与风电场出力下限的关系。采用稳态潮流仿真的方法,确定了不同方式下的风电场出力下限。当风电场采用超前功率因数运行,吸收海底电缆上的充电功率,并配合高抗的无功补偿装置,可以在满足电压不越界的条件下,降低风电场出力的下限,使风电场更好的参与电网的调节。     

海上风电场经海底电缆送出系统的并联电抗器配置方案北大核心CSCD

海底电缆较大的充电功率导致海上风电输电系统的工频过电压较严重,可采用高压并联电抗器进行限制。文中以中国某220 kV海上风电场为例,对其工频过电压进行了理论计算,并利用电磁暂态计算程序(alternative transient program-electro magnetic transient program,ATP-EMTP)建立了海上风电场经交流海缆送出系统模型,计算了输电系统工频过电压分布,进而对高压并联电抗器配置方案进行了分析。研究表明系统侧甩负荷过电压远大于风场侧甩负荷过电压;总补偿度相同时,在陆上进行单端补偿的效果略优于双端补偿。在此基础上给定了该海上风电场工频过电压限制的高压并联电抗器配置方案,并计算了不同海缆长度下所需的最小补偿度,为工程设计及设备选型提供技术依据。     

台风条件下含混合电氢储能的海上风电场并网运行智能控制方法

随着我国海上风电装机容量不断增加,经济发达、电力负荷大的沿海地区越来越依赖和关注海上风电的安全运行。在系统常规火电机组容量下降、系统惯量较低的情况下,海上风电场的友好接入问题变得尤为突出。特别是在台风期间,海上风电场在达到截止风速之前可能会与受端电网迅速断开,导致主网出现大量功率缺额、电压频率恶化等不利影响。为了解决风电固有波动性和台风引起的大扰动问题,提出了一种含混合电氢储能的海上风电场并网运行控制方法。该方法在海上风电场正常运行期间,通过合理安排储能和充放能,有效平抑了风电波动性;而在台风过境期间,通过合理使用混合电氢储能,缓解了海上风电输出骤降,减少对受端电网的不利影响。通过对广东某海上风电场的真实数据进行仿真研究,验证了所提方法的有效性。     

海上风电场集电系统全寿命周期成本分析

对两种常用的海上风电场集电系统网络拓扑结构进行研究,从全寿命周期角度建立了其总成本模型,并提出了放射形结构拓扑复杂多变、环形结构运行方式多样条件下的集电系统运行成本与维护成本的计算方法。算例分析以一个典型的近海风电场为例,从全寿命周期成本的角度对其集电系统进行优化,结果表明在现有电气设备成本条件下,环形结构在风电场运行16年之后表现出一定的优势。一组灵敏度数据从不同海缆故障率、海缆单次故障维修成本对集电系统全寿命周期成本的影响进行分析,为后续海上风电场集电系统设计提供指导意见。     

海上风电场海缆布局优化设计方法北大核心CSCD

海上风电场海缆路径布置形式多样,不同路径形式对海缆综合成本影响较大。文中根据海上风电场电气组网特征,研究海缆布局优化设计方法,建立海缆建设成本和海缆运行损耗成本的优化模型,采用退火算法优化集电海缆拓扑结构,并考虑输电海缆路由结构,以海缆综合成本最低为目标,在全风电场范围内利用MATLAB插值拟合函数构建海缆综合成本与升压站位置的非线性函数关系,据此计算综合成本最小的目标升压站位置,从而确定海缆优化布置方案。通过案例计算,得到了良好的海缆优化布局方案,海缆综合成本有较大降低。结果表明:文中提出的优化设计方法有效,可为海上风电场海缆布局规划提供指导。     

海上风电场交流并网谐波谐振放大机理分析与治理

由于相同电压等级下电力电缆的电容效应比架空线路大出20倍以上,使得一般在陆上风电场并网中并不严重的谐波谐振放大问题,在海上风电场并网中可能会变得十分严重,为此研究了海上风电场并网引起的谐波谐振放大问题及其治理原理.首先,对海上风电场并网时的谐波谐振放大机理进行了分析,从原理上给出了治理的技术途径;然后,以某海上风电并网实际工程为研究案例,分别建立了海上风电电网和陆上电网的谐波模型,包括电缆、变压器和风电机组的谐波模型以及超高压大电网的等效谐波模型和低压配电网的等效谐波模型,并根据所建立的谐波模型分析了发生谐波谐振放大的原因,提出了解决谐波谐振放大问题的治理方案并进行了验算;最后,对海上风电场并网引起的谐波谐振放大问题的机理和治理原理进行了总结.     

海上风电场二次系统设计关键技术

随着国家新能源战略的进一步深入,海上风电即将迎来大发展时期.由于远离陆地,海上风电场具有所处环境复杂、气候恶劣、施工困难、运行维护不便等特点,使其在运行值班模式、继电保护配置、组网方案、信息流传输、设备状态监测、模块化设计等二次关键技术方面与陆地风电场存在较大差异.该文对海上风电场二次系统相关设计技术进行了研究,进一步规范、优化了设计方案,对保证海上风电运行的可靠性,提升自动化水平和建设水平,有序推动我国海上风电的健康发展具有十分重要的意义.     

基于拓扑冗余度评估的大型海上风电场集电系统优化

深远海风电场环境恶劣,集电系统成本高昂,拓扑规划的经济性、可靠性矛盾尤其突出。文中根据深远海风电场的特殊性以及集电系统对可靠性的更高需求,提出集电系统拓扑结构的冗余度定义,建立基于集电系统拓扑冗余度的多目标优化模型,将经济性、可靠性这对矛盾的变量进行最优规划。案例分析以一个大型海上风电场为例,基于拓扑冗余度评估,从全寿命周期成本的角度对其集电系统拓扑结构进行优化。结果表明,拓扑冗余度最优的结构虽然初始成本略高于放射形结构,运行8年后的全寿命周期成本优势明显,可以满足深远海风电场集电系统的工程实际需求。     

海上风电场并网控制系统建模与仿真

针对海上风电场容量大、距离远的特点,提出了基于电压源换流器（VSC）高压直流输电（HVDC）的海上风电场并网方案,分析了双端口VSC-HVDC的基本运行原理和VSC的数学模型,建立了连接风电机组侧VSC的功率控制器和连接并网侧VSC的电压控制器。为验证方案的可行性,在MATLAB/Simulink中建立了双端口VSC-HVDC的海上风电场并网模型,并模拟实际运行情况进行了仿真验证。仿真结果表明,提出的并网方案以及设计的控制系统能够实现海上风电机组的并网和稳定运行。