基于直流风电机组的风电全直流输电系统设计综述

随着海上风电场远海化、大规模大容量化发展,由直流风电机组构建的风电全直流输电系统,凭借其可以避免使用笨重的工频交流变压器,解决因交流电缆导致的无功充电电流问题等特点,已成为海上风力发电技术研究的热点之一。文中首先根据升压方式的不同将风电全直流输电系统方案分为升压装置升压型和串联升压型两大类;其次根据系统结构的不同,进一步将升压装置升压型系统方案分为集中升压型、两级升压型、机端升压型升压站直流并联型以及升压站直流串联型五种系统方案,将串联升压型系统方案分为直接串联型、串-并联型、并-串联型以及矩阵型四种系统方案;然后介绍了各种方案的系统结构及其优缺点,并对各种方案的特点进行了分析与比较,结合各种方案特点指出其适用场景;最后就目前风电全直流输电系统研究存在的主要问题及发展趋势进行了总结与展望。     

全直流海上风电场高升压比DC/DC变换技术综述

采用直流汇聚、直流传输的全直流海上风电场,可以避免使用笨重的工频交流变压器,在功率密度、建设成本、系统损耗等方面具有较大的优势,因此基于直流汇聚、直流传输的全直流海上风电是目前海上电能传输的研究热点。在全直流海上风电系统中,风机端口电压需进行高变比升压后才能远距离传输,所以高升压比DC/DC变换器是整个风能变换传输系统中的重要环节。首先从变比、容量、故障隔离等角度对适用于全直流海上风电的直流变换器进行需求分析。其次对各种直流变换器的拓扑实现进行总结分类,并指出各种拓扑的优缺点以及应用前景。最后对各种拓扑结构及控制方法进行比较,对未来适用于全直流海上风电场的高升压比直流变换器进行展望。     

大规模海上风电柔性直流输电技术应用现状和展望

海上风电具有风力资源稳定性强、年利用小时数高等特点,随着海上风电机组大型化、投资规模扩大以及建设成本下降,基于柔性直流输电技术的大规模海上风电送出已成为海上风电发展和研究的热点方向。结合国内外典型海上风电柔性直流输电工程,对换流阀、联接变压器、耗能装置、高压直流断路器、海底直流电缆关键电气设备应用现状等进行分析和总结,介绍控制系统构、硬件组成和控制算法研究现状。考虑到海上平台所处的盐雾腐蚀环境,介绍了联接变压器、换流阀的防腐设计和海水冷却系统设计。分析、总结了大规模海上风电的并网技术方案的研究现状,对海上换流站、海上风电场的发展趋势进行展望。     

远海大容量机组海上风电集电系统技术经济研究

在平价上网的成本压力下,远海规模化开发和采用大容量风电机组是提高海上风电经济性的重要方式.为了对远海风电大容量机组集电方式进行技术经济研究,分析了远海风电交流和直流集电方案,包括35 kV交流集电、66 kV交流集电、串联升压直流集电和并联辐射直流集电方案,对远海风电典型工况下不同集电系统方案进行了技术经济比较.在此基础上,总结了平价上网时代下海上风电的集电系统解决方案和技术发展趋势,提出了未来远海大规模海上风电平价上网开发建设的技术路线.66 kV集电方案配合柔性直流能取消海上升压站,可大幅降低设备投资成本,有利于中短期内平价上网的实现.未来,随着电力电子技术的进步,采用全直流技术能减少电能多级升压环节,提高传输效率,具有更加优良的应用前景.     

海上直流风电场研究现状及发展前景

与现有的海上风电场相比,采用直流技术汇集电能和并网的海上直流风电场无需使用笨重且体积庞大的工频交流变压器,也无需对电能进行多次整流、逆变和升压,因而在设备的体积和质量、系统损耗及建设成本等方面均具有明显优势。首先对串联升压型和辐射型2种主要类型的海上直流风电场进行了详细综述,包括其拓扑结构、控制策略、优势和存在的问题;然后详细分析了海上直流风电场的关键设备——高电压、大容量、高增益DC/DC变换器的研究现状,指出了各类DC/DC变换器的优缺点及其在海上直流风电场中的应用前景;最后对海上直流风电场的故障保护问题和经济性问题的研究情况进行了总结。所述内容对中国开展海上风电等海洋能的开发利用具有一定参考价值。     

风电机组技术现状分析及未来发展趋势预测

风力发电是可再生能源发电的重要表现形式,也是目前世界各国重点发展的具有全球竞争力的战略性新兴产业之一。为了研究风电机组的技术发展趋势,从国内外风电机组单机容量变化趋势、机组传动技术及性能对比状况、国内外主要机组厂家技术路线及主流产品使用现状、机组不同技术路线性能对比、2018年优秀机型技术路线、机组发电效率、海上机组发展状况及技术路线等多方面深入对比剖析,根据分析结果、机组技术优势、机型研究方向及应用趋势等,对陆上与海上风电机组未来技术发展趋势进行了预测。     

大规模海上风电输电与并网关键技术研究综述

风力发电是可再生能源利用领域中技术最成熟,最具商业化发展潜力的发电方式之一。由于海上具有风资源丰富的特点,且目前全世界海上风电开发工程应用的需求迫切,大规模海上风电的输电与并网问题成为风电发展和研究的热点方向。文中对大规模海上风电输电及并网的关键技术进行了介绍,包括海上风电传输技术,海上风电场升压站、集电系统设计技术,海上风电功率预测技术,海上风电集群有功/无功控制技术和安全稳定控制技术等,并对这些技术的研究现状及成果进行了分析和总结。最后,指出了海上风电的发展趋势及需要进一步研究的方面,为海上风电并网的发展提供了参考。     

海上风电升压变压器散热方式选择

海上风电的特殊运行环境，导致机端升压变压器被安装在密闭空间内。通过理论对比多种散热方式，对干式变压器及油浸式变压器各推荐一种经济且可靠的散热方案。     

适用于海上风电场的新型高压直流变换器与直流故障隔离

传统的海上风电场通常使用占地面积大且价格昂贵的变压器,以及高压交直流变换器具有双向功率流通功能,增加了海上风电升压平台的体积和重量,经济性较差。因此,直流电网技术将成为深远海大型海上风电系统并网有效解决的方案。该文提出一种适用于海上风电系统直流汇集和传输的非隔离型、高升压比直流变换器新型拓扑结构,可以低成本连接高电压差直流电网,设计多工况下单向功率流控制方案。所提直流变换器的主要挑战是平衡每个桥臂上子模块电容电压,为此,提出相关的闭环控制策略。基于Matlab/Simulink软件对所提拓扑进行稳态和短路故障仿真分析,最后,搭建实验平台,验证所提理论分析的合理性。     

漂浮式海上风电变压器的设计应用分析

传统的固定式风机变压器技术已无法满足水深超过60m的深海远海海上风电开发需求，并且随着海上风电发展技术的完善，现阶段漂浮式风机变压器设备的需求和应用也越来越迫切。与此同时，漂浮式变压器也面临着严苛的海上运行环境，需承受高于固定式10倍以上的倾斜振动载荷等，对内部的运行提出了挑战。本文主要以“三峡引领号”漂浮式海上变压器为例，分析研究影响漂浮式干式变压器的物理因素，以及漂浮式海上干变的设计方案和解决方法。还分析水冷却器等重要组件在海上风电变压器的设计，这对海上漂浮变压器的推广具有重要意义。     

海上风电场升压变电站设计基本要求的研究

此前我国尚没有建成的海上升压变电站,但随着我国海上风电的发展,海上风电场离岸距离越来越远、规模越来越大,为了将海上风电场发出的电能汇集并送至陆上电网,海上升压变电站将成为今后我国海上风电场必备的配套设施。文中通过海上风电场示范项目的设计研究以及863课题的专题研究,总结吸收欧洲海上变电站的经验,针对我国海上风电场升压变电站的特点,提出了海上升压变电站设计的基本要求,对工程设计具有指导作用。     

海上风电机组基础结构设计关键技术问题与讨论

根据海上风电机组基础所处的环境特点和结构特性,分析了海上风电机组基础设计所涵盖的专业领域。然后给出海上风电机组基础设计时需要参照的各专业标准与规范、规程等,指出当前阶段设计中存在的一些问题。对海上风电机组基础结构设计的关键技术点进行较详细论述,并提出设计中需要采用的技术路线和技术方法。最后结合某海上风电场风电机组基础结构设计实例,给出了相关设计成果,可供相关设计人员参照使用。     

海上风电机组维修优化研究综述

我国目前海上风电发展尚处于初期阶段,亟待开展海上风电维修策略优化相关研究。根据当前国内外海上风电发展现状,对近年来海上风电运维策略研究的国内外现状进行了综述、分类和解析,分别对基于海上运维后勤管理的优化、维修可靠性及可达性为目标的优化、海洋风能气候与气象预测的维修优化、有限运维数据下维修优化、海上风机容错运行的冗余优化、经济成本控制运维优化层面对近年来的中外文献进行了综述,并对以上海上风电的运维优化特点进行了逐一分析,以此得出了海上风电运维研究热点和方向展望。并结合国外海上风电的发展,提出了我国海上风电的发展及技术方向,对于我国海上风电可持续发展具有一定的借鉴意义。     

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.     

变压器升压型SVG调控运行技术问题探讨

从SVG的运行特性及并网条件出发,对SVG升压变压器的技术特点、升压变压器容量选择、升压变压器的保护配置及整定计算、SVG及升压变压器的调控方法进行了全面讨论,指出SVG升压变压器应具备的技术特点及容量选择依据,介绍了SVG升压变压器保护配置及整定计算原则,给出了整定计算参考,提出了SVG的调控运行方法。该分析结果能有效指导今后电力部门对SVG及升压变压器的调控运行工作。     

变压器对风电机组低电压穿越性能的影响

低电压穿越(LVRT)能力是风电机组并网特性的重要考核指标之一.风电机组的关键电气部件如变流器、主控制器、变桨控制系统等,对于风电机组实现LVRT具有至关重要的作用,因此得到了广泛研究与关注.然而,目前风电机组均采用-机-交方式进行并网,升压变压器对风电机组LVRT特性的影响也不容忽视.在此通过分析电压跌落对风电机组出口变压器的影响,进而得出风电机组出口变压器在电压跌落时的电压非线性输出特性.最后,通过现场试验证实了风电机组出口变压器对风电机组LVRT特性的重要影响.     

大容量海上风电升压站主变压器抗短路能力分析

以SFZ-240000/220大容量海上风电升压站主变压器为例,介绍了工作原理和主要运行特征,解析推导了不同运行工况下的阻抗计算公式,进行了半穿越和全穿越工况下的短路电流计算,并着重对各个绕组的漏磁特征和抗短路能力进行了详细计算分析,为实现海上风电变压器的高可靠性提供技术保障。     

8.5MW永磁直驱风力发电机突然短路故障仿真

风能作为一种洁净的可再生能源,随着技术逐步成熟,今后的运行成本会低于水电和火电,其发展前景非常广阔。海上风电由于其资源丰富、风速稳定、对环境的负面影响较少,近年来发展迅速,成为风电产业未来的主要发展方向。海上风电对风力发电机的可靠性、可维护性要求更加严格,国内外许多风电的供应商在海上风电技术路线选择上都是直驱。以8.5 MW海上永磁直驱风力发电机为研究对象,利用有限元场路耦合的方法,对发电机的短路故障工况进行了分析,为发电机端部的绑扎、永磁体的选型和变流器的校核提供重要依据。     

66 kV交流接入海上换流站方案的技术经济性

为探究66 kV接入海上换流站与传统的35 kV升压220 kV接入海上换流站的技术及经济性对比,以中国南海某风电场接入工程为例,分析66 kV交流直接接入海上换流站与传统的35 kV升压220 kV接入海上换流站两种方案在功率损耗、一次电气设备投资等方面的差异,综合对比,得出66 kV交流接入方案具有更好经济性的结论。随着中国海上风电的发展,66 kV交流接入方案在降低海上风电柔性直流系统建造成本和推动技术创新性方面,均表现出了很好的技术优势。     

大规模海上风电场电力输送方式研究

目前海上风电场建设迅速,正在向规模化、深远海化趋势发展,场内的功率送出需求已成为风电技术发展研究的热点之一。文中介绍了适用于海上风电的电力输送方式：高压交流输电、高压直流输电和分频输电,分析总结其拓扑结构、特点、研究现状及成果。高压直流输电技术应用研究广泛,根据实际需要衍生技术多样,本文对其进行了梳理。结合海上输电需求,思考现阶段发展境况,对大规模海上风电场电力输送方式做出总结。