分频输电应用于深远海风电并网的技术经济性分析

全球海上风电发展呈现大规模化、集群化及深远海化的特点。离岸距离大于100 km的大规模深远海风电的输电与并网方式成为海上风电发展和研究的热点方向。通过分析电缆等电气设备的传输极限和损耗,采用等年值法,综合考虑设备投资成本、维护成本、损耗费用及电缆选型,建立了系统的比较各种并网方式的技术经济评价方法。以某400 MW海上风电场为例,对高压交流输电技术、高压直流输电技术和分频输电系统3种并网方式进行技术经济分析。论证说明分频输电技术通过降低频率,既可提高电缆载流量,又显著降低了交流电缆中的充电电流,因此传输距离显著增加,表明分频输电技术在远距离、大规模深远海风电并网方面具有技术经济优势。     

海上风电并网与输送方案比较

风力发电是新能源发电技术中最成熟和最具规模开发条件的发电方式之一。大容量远距离的海上风电是未来风电发展的趋势。介绍海上风电系统的3种并网技术以及输电方式:高压交流、高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)以及分频输电技术。工频交流海上风电系统一般适用于小规模近海风电场,HVDC和分频输电适用于大规模远距离海上风电场。分频海上风电系统是一种具有自主知识产权的本土技术,在目前的技术和经济条件下,分频海上风电系统是一种具有优势和竞争力的海上风电方案。主要对这3种海上风电并网的技术可行性、经济性以及效率等方面进行讨论,最后对海上风力发电技术进行总结和展望。     

基于全生命周期成本的海上风电并网方案优选分析

针对海上风电并网方式选择问题,建立了基于全生命周期(LCC)成本的并网方式优选模型。通过一个装机容量250 MW、离岸距离70 km的海上风电场算例,比较分析了交流并网方式和柔性直流并网方式的LCC成本经济性优劣。结果表明,尽管交流并网方式初始投资高于柔性交流并网方式,但运营过程中的成本明显小于柔性直流方式,因而在算例项目中采用交流并网方式更具经济性。在此基础上,综合考虑经济性和传输能力因素,建立并网方式优选模型,为实际工程中并网方式选择提供参考。     

分频输电在海上风电并网应用中的前景和挑战

通过比较3种风电并网方式,指出了分频输电系统(FFTS)在大规模海上风电并网中的应用前景。介绍了分频海上风电系统的结构和变频器的选择,对比表明了模块化多电平矩阵式换流器(M~3C)作为新一代变频器优良性能。分析了低频环境对分频海上风电系统中关键性设备的影响,进一步从设备角度表明分频海上风电系统的可行性和经济技术优势。最后指出分频海上风电系统中仍需解决的经济技术难题,为进一步研究指明了方向。     

直流输电技术在海上风电场并网中的应用

海上风电场具有风速高、风力稳定、各种干扰少及发电量大等特点,风电场由陆地向海上延伸,是未来风电发展的大趋势。根据海上风力发电的特点,介绍和分析海上风电场采用交流输电技术、基于相控换流器(PCC)的传统高压直流(HVDC)输电技术和基于电压源换流器(VSC)的轻型HVDC输电技术的3种并网方式,说明采用后面2种HVDC并网方式的特点和应用场合,并指出HVDC应用于海上风电场并网需要研究的问题。     

大规模海上风电场并网接入方式

海上风电场以其储量丰富、风力稳定、干扰少等特点,受到越来越多的关注,是未来风力发电发展利用的大趋势。对比分析了适用于海上风电场并网的高压交流(HVAC),常规高压直流(LCC-HVDC)和柔性直流输电(HVDCFlexible)3种并网方式,并着重探讨了几种柔性直流输电并网的具体方案以及适用于海上风电场的直流换流站拓扑结构。     

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。     

分频输电系统及其应用

分频输电系统(fractional frequency transmissionsystem,FFTS)利用较低的频率(如50/3 Hz)传输电能,从而减少交流输电线路电气距离,提高系统传输能力。在水电、风电等可再生能源发电系统中,由于发电机转速较低,十分适合于利用分频进行发电和输电,在并网时转换为工频。首先介绍了分频输电的原理、并网特点等。其次,利用2个案例对水电、风电经分频输电并网的可行性进行了分析。特别是对分频风力发/输电系统的优越性进行了阐述。结果表明,水电、风电经分频输电并网是一种具有经济与技术优势的方案,在可再生能源发输电领域有着很好的应用前景。     

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。     

信息与资料

<正>我国单位容量最大海上风电场并网近日,鲁能江苏东台200 MW海上风电场成功并网发电,这是我国单位容量最大、离岸距离最远的海上风电项目。东台风电场的并网,标志着我国海上风电从小规模试验示范向规模化发展。     

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.     

基于永磁直驱同步风电机组的分频海上风电系统控制策略

海上风电经分频输电线路传输的研究近年来引起国内外的关注。由去除机端换流器的多台基于永磁直驱同步发电机(PMSG)的风电机组、海底电缆和交交变频器组成的分频海上风电系统,可通过线路末端的交交变频器控制PMSG的转速捕获风能,可节省初始投资和运行维护费用。考虑变压器和输电线路的影响后,推导出分频海上风电系统的准稳态模型,基于转子平均磁链定向给出多机矢量控制器的设计原理;从曲线拟合的角度,给出多机组运行频率的求解方法;以4台PMSG为例,搭建了分频海上风电系统仿真模型。结果表明采用多机矢量控制方法,在不同风速条件下,风电机组的转速均能够跟随指令值,并实现风能的最优捕获。     

Loss evaluation of HVAC and HVDC transmission solutions for large offshore wind farms

This paper presents a comparison of transmission losses for different technical transmission solutions for large offshore wind farms. Three technical solutions are analyzed, i.e. HVAC, HVDC Line Commutated Converter (LCC) and HVDC Voltage Source Converter (VSC). The losses for each technology are calculated for wind farms with different ratings and various distances to shore. In addition, solutions with combinations of two and the three different transmission technologies are analyzed and compared. Based on this comparison, further analysis regarding the economical feasibility can be performed in order to determine the most economic solutions for the transmission system of an offshore wind farm.     

风电经分频输电装置接入系统研究

基于分频输电理论,提出了一种全新的风力发电馈网方式--风电场经分频输电装置接入系统方式.该方式将风电场中所有风力发电机组发出的变化的低频电能通过控制系统收集到一起,经过远距离输电后再经过分频输电装置统一接入负荷中心.该方式通过降低输电频率来减少输电线路的电抗以及减少齿轮箱的增速比,提高了效率、减少了投资.算例以某实际风电场为例,分析了变速变频方式下风力发电机组的特性,与恒速恒频方式相比,该方式有效地提高了风力机的输出功率.     

海上风电场MMC HVDC并网系统暂态行为分析

对于海上风电场模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)并网系统,提出风电场侧模块化多电平换流器通过双维度单环直接控制风电场集电系统交流电压的方法,有效控制集电系统交流电压并保持稳定。基于PSCAD/EMTDC建立整个海上风电场直流并网系统模型,进行相应仿真研究,针对风速变化、风电场集电系统故障、电网故障以及MMC-HVDC直流单极接地故障等几种情况进行暂态分析,并与交流并网系统暂态结果进行比较。研究结果表明,采用所述控制方法的并网MMC-HVDC系统在发生相应故障时能够保持稳定运行,验证了海上风电场MMCHVDC并网系统及相应控制方法的正确性和有效性。     

分频输电系统交-交变频器触发脉冲实时生成方法

分频输电是一种适用于大规模风电接入系统的新型输电方式,其核心部件为交一交变频器.当分频输电系统用于风电并网时,系统对交一交变频器提出了尽量减少谐波含量和低频侧频率可随风速变化2点要求.为了适应这一要求,文中提出一种利用多指针法实时生成交一交变频器触发脉冲的方法.该方法避免了传统余弦交点法中需要实时计算三角方程的问题,同时解决了直线近似余弦交点法中谐波偏大和离线计算时低频侧输出电压频率无法变化的问题.文中对该算法进行了详细的推导,并给出了硬件电路和程序框图.实验结果表明,该方法可在无需增加存储数据的情况下实现脉冲实时触发,且低频侧电压频率可实时变化,精度满足工程需求.该方法硬件电路简单,易于在工程中加以应用和推广,并可在分频输电系统中加以利用.     

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.