海上风电场智慧运维管理系统

  目的  针对海上风电场运维安全管理,提出了海上风电场智慧运维管理系统。  方法  通过海上风电智慧调度系统、海上风电雷达多源跟踪及边界警示系统、海上风电场风机平台作业监管系统,搭建出海上风电场智慧运维管理系统。  结果  通过陆上集控中心的海上风电智慧调度系统,实现人员的安全管理以及船舶调度。通过海上风电雷达多源跟踪及边界警示系统,实现海域船只全范围跟踪,并确保海上风电场的风机及海缆安全。通过风机平台的海上风电场风机平台作业监管系统,实现风机作业人员在风机平台的全面管理。  结论  研究的系统实现了海上风电场人、船、风机的全面管理,有力保障了人员的安全管理以及船舶调度,提高了海上风电场的风机及海缆安全性,实现海上风电场智慧运维效率,有望在工程中应用推广。     

集约式海上换流站电气应用技术研究

  目的  深远海大规模海上风电送出会选用大容量风机和66 kV集电系统,风机具备直接接入海上换流站的条件,从而可以取消海上升压站,实现集约式设计。针对集约式海上换流站需要关注的电气关键技术点开展初步研究。  方法  在现有海上风电柔性直流输电技术的基础上,通过研究集约式海上换流站的主回路拓扑结构、核心电气设备选择和平台布置方案优化,对电气关键技术点给出了切实可行的技术方案。  结果  随着海上风电66 kV集电系统的逐渐普及,集约式海上风电柔直送出将成为以后的主流设计方案。针对集约式海上换流站的电气关键技术点给出了具有指导意义的研究结论。  结论  集约式海上换流站相比传统海上换流站具有明显的技术优势,形成的研究结论可以为后续深远海大规模海上风电送出项目的方案设计和实施提供技术支持,具有很好的示范应用前景。     

海上风电场联合送出优化方案研究

  [目的]  结合我国广东地区海上风电场布置及典型送出方案,对两个300 MW风电场联合送出的方案进行了探讨。  [方法]  在电气主接线、海缆选型、可靠性分析、海缆敷设与供货、可比投资等方面进行了分析比较。  [结果]  最终得出联合风场送出的优化方案,即设2座220 kV海上升压站＋1座陆上集控中心,其中1座升压站通过1回3×1 000 mm2海缆接至另1座升压站GIS,汇流后再通过2回3×1 000 mm2海缆一并送出至陆上集控中心。  [结论]  联合送出的优化方案可大大节省投资并减少用海面积,可为后续海上风电场电气设计提供参考。     

一种海上风电继电保护配置优化方案研究

  [目的]  为了提升海上风电场利用效能和节省投资成本,需要对海上风电场电气主设备的继电保护进行合理配置以及优化动作时限。  [方法]  取消220 kV海缆出线侧的断路器,连接海上升压站母线两侧的220 kV海缆纳入海缆“T”接线路的三端分相电流差动全线速动保护范围。同时,将35 kV站用变和35 kV接地变合并,采用简易35 kV母线保护,配置主变低压侧与35 kV进线开关之间电缆的零序CT等措施。  [结果]  因此,节省了1台220 kV断路器及2套220 kV母差保护投资。同时,节省了约70 m2的海上升压站空间和相应投资成本,提高了保护配置的灵敏性和可靠性。  [结论]  海上风电继电保护配置优化方案经济合理,有望应用于工程实践中。     

智慧型海上风电场一体化监控系统方案设计

  [目的]  针对海上风电场的运行管理情况,整合了海上风电机组、海上升压站、陆上集控中心的监控系统,提出了全面的智慧型海上风电场一体化监控系统方案。  [方法]  方案分析了其体系架构、功能要求、数据处理以及安全分区,以实现风电场海上升压站无人值守,陆上集控中心少人运行的运营模式。方案有效地整合了风机监控、升压站监控、视频及环境监控、风电功率预测、海缆故障监测、设备状态监测等多个子系统。  [结果]  对海上风电场内各主要电气设备提供了完善的监控功能,可实现运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行管理、辅助功能这五大应用。  [结论]  方案可有效降低风电场运营成本,达到技术先进、功能完备、性能可靠、经济合理的智能化运营要求。     

海上风电场运行期尾流损失分析

  [目的]  为了充分认识海上风电场运行过程中的尾流效应,对风电场布局设计中的模拟计算结果进行验证,探索海上风电场的风机尾流损失变化规律。  [方法]  以华南地区某海上风电场为测试场址,选用PARK模型进行尾流模拟计算,对模型中的参数进行优化并进行实际发电量验证。  [结果]  结果表明:PARK模型用于海上风电场尾流模拟可以基本反映风机实际发电情况;在某风向上风机间距为7D情况下,主风向尾流损失在第2排后的分布规律呈现较为稳定的状态,约为首台风机的30%。  [结论]  PARK尾流模型能够较好的模拟近海风电场尾流损失和进行发电量计算,模型参数选择应根据项目实际情况进行敏感性测算。     

基于改进单亲遗传算法的大规模海上风电集电系统拓扑优化

针对大规模海上风电集电系统拓扑结构优化问题，提出一种改进单亲遗传算法，建立了集电系统全寿命周期成本现值计算模型，并以现值和最小为目标，通过设计满足海缆载流量约束的种群生成方式和与交叉点个数相关的淘汰系数来避免海缆交叉，优化对比了35、66 kV电压等级的集电系统拓扑结构。算例结果表明，提出的改进单亲遗传算法与传统算法相比总成本可减少14.2%,具有较好的寻优能力；与35 kV相比，集电系统采用66 kV电压等级综合效益更好，可为大规模海上风电场集电系统规划设计提供参考。     

新型海上风电基础结构空间三维数值模拟研究

  [目的]  为迎对海上风电快速发展的趋势,亟需开发新型海上风电基础结构形式以满足大水深和深厚软基的设计需求。  [方法]  结合某海上风电工程基础设计为算例,以PLAXIS 3D大型有限元软件为平台,对一种新型大直径钢圆筒组合导管架风机基础结构进行空间三维弹塑性数值模型分析研究,采用合理可行的本构类型以及简化形式模拟风机基础的整体稳定性,考虑钢圆筒与土体之间的共同作用,分析风机基础的内力与位移;再用ANSYS软件建实体模型计算极限荷载工况下各构件的应力。  [结果]  研究结果表明:新型组合式风机基础内力和位移均可控,在理论上可适用于软基和深水区海上风电场建设。  [结论]  分析结果对今后新型海上风电基础结构的开发与研究具有一定的参考意义。     

海上风电场孤网状态下的备用柴油发电机方案研究

  [目的]  为保障海上风电场孤网状态下的安全可靠运行,对备用柴油发电机组的配置方案与运行方式进行了研究。  [方法]  通过对孤网状态下的电气负荷、无功过电压、短路电流、谐波及保护整定进行分析,来验证备用柴油发电机组配置方案的合理性。  [结果]  研究表明:在文章给定的案例下,配置额定容量为1.2 MW的备用柴油发电机及2 Mvar的电抗器时,在运行维护的工况下,一半风机接入孤网时可满足风机和海上升压站的负荷需求和电压要求,也满足35 kV海缆无功需求。同时,为了避免谐波谐振,不推荐孤网备用柴油发电机组为风机提供偏航电源。对于柴油发电机组升压变压器、海上升压站接地变兼站用变,推荐采用复压过流作为主保护。  [结论]  配置方案为研究海上风电场孤网运行方案提供了思路。     

浅析海上风电施工安全管控

  [目的]  为了对快速发展的海上风电项目进行有效地安全管理，从施工的各个环节对海上风电全过程的安全风险和管理要点进行了梳理，提出了应对措施。  [方法]  通过我国首个以总承包模式建设的某海上风电项目实施过程中安全管理为依托，针对性地分析海上风电前期勘察、风机和升压站吊装、海缆敷设、调试等过程中的风险点，有效借鉴船舶和海洋工程中的相关国家标准和行业规范，以EPC总承包方的视角做出了全面的分析和总结，并对南海范围的海况特点、防台措施进行了重点关注。  [结果]  总结的安全管理思路为海上风电这一危险性较大的工程项目安全管理提供了实际范例和经验，也为海上风电项目安全管理的国家和行业标准的顶层设计提供了支撑。  [结论]  研究成果将会有力地促进南海范围内的风电资源开发。     

海上风电场海底电缆防护方案研究

  [目的]  海底电缆防护是海上风电场建设的一种重要组成部分,海上风电中最大部分的保险理赔主要由于电缆事故造成。由于电缆路由线路较长,会穿过不同区域,每个区域的防护方案都不同。  [方法]  首先简单介绍海底电缆防护作法的基本情况,然后详细阐述了海底电缆登陆段防护方案,紧接着描述了海底电缆交越段防护方案以及电缆管附近的海缆防护方案,最后对海上风电场海底电缆防护方案进行总结。  [结果]  针对海底电缆登陆段,多采用套管保护、电缆沟与水平定向钻方案;针对海底电缆交越段,多在交越点采用垫块的方案;针对基础附近的海缆,主要采用J型管与弯曲限制器的方式。  [结论]  无论采用哪种方式,应高度重视海上风电场海底电缆的防护,确保海缆在运行期间的安全。     

220kV海上风电场混合输电线路工频过电压研究

工频过电压是影响220kV海上风电场混合海缆输电线路安全的重要因素。以我国东部某典型的220kV近海风电场输电系统为例,基于ATP-EMTP对海上风电场系统及其送出的混合海缆输电线路进行建模,对混合线路的空载长线电容效应工频过电压进行了理论分析,分别仿真计算了不同海缆类型、海缆长度、海缆架空线比例下空载容升及单相接地三相断开的工频过电压。结果表明,同等截面下,三芯海缆时工频过电压整体较单芯海缆严重;随着海缆占比增大,混合海缆输电线路由于容升效应导致的工频过电压先增大后减小;对于装机容量为200MW的海上风电场,当海缆长度超过27km时,工频过电压将超过规定的1.3p.u.。     

海上相邻风电场间的“尾流效应”实例分析

  目的  研究海上相邻风电场间的“尾流效应”对发电损失的影响。  方法  利用海上风电场实际运行SCADA数据结合激光雷达同期实测测风数据,基于不同的风向扇区范围和风电场实际排布进行尾流效应场景分类,开展实际运行相邻风电场间（20D以上间距）的真实尾流电量损失分析工作。  结果  结果表明:对于规则排布的海上大型风电场,基于实际运行SCADA数据,对各机组发电量进行归一化,可以较好地反映海上风能资源分布特征及各机组发电能力的差异;高度集中的单一扇区条件下,处于下风向的相邻风电场受上风向相邻场区的“尾流效应”影响明显,发电产能较自由流降幅明显;相邻风场间随着缓冲带距离的增加,下风向场区机组尾流电量衰减比随之降低,缓冲带需达到一定的距离,对于风速的恢复有明显的作用,发电产能才能够有所提升;本案例不同场景下,缓冲带距离在23D～44D之间,尾流损失电量降幅在27%～4%之间。  结论  基于相邻风电场实际运行数据开展尾流分析可为后续海上大型风电基地规划设计和机组排布优化设计提供指导。     

海上风电场输电方式研究

  [目的]  随着海上风电场规模的扩大,新型输电技术广泛应用于海上风电场的电能传输,海上风电正面临着不同于陆地电网成熟模式的新挑战,需要进一步明确不同输电方式的技术特点与发展前景。  [方法]  概述了海上风电场四种输电方式即高压交流海底电缆、柔性直流输电技术、高压气体绝缘管道母线(GIL)和混合直流输电方式的技术特点和发展前景,并对各种输电方式进行了详细的成本构成分析及计算,对不同输电距离不同输送容量下的输电方式做出经济性比较。  [结果]  研究表明:我国现行海上风电输电方式中高压交流和柔性直流输电技术较为成熟,输电方式的选取受输电距离的影响,以输电距离约52 km为临界点。输电距离低于52 km时,交流输电具有经济优势;输电距离等于52 km时,柔性直流输电与交流输电两种方式成本相等;输电距离超过52 km后,直流输电方式的经济成本将低于交流输电方式,输电容量大小对输电方式的选择不会有太大影响。  [结论]  在不同输送容量下,近海风电输送方式仍然建议采用交流输电,远海风电输送方式建议采用柔性直流输电。     

大规模海上风电集中送出建设模式研究

  目的  当前海上风电已成为全球风电发展的研究热点。我国海上风电尚处于起步阶段,而当前的运营模式存在不利于海上风电大规模集中送出等缺点,无法适应新形势下的长远发展。另一方面,欧洲各国对海上风电的补贴政策与我国当前的发展思路有所冲突,可借鉴性不强,且欧洲模式本身仍存在弊端。因此亟需探索适合我国近海深水区海上风电发展的新模式。  方法  首先分析了欧洲各国海上风电发展现状,并对海上风电输电模式进行总结;其次给出了四种海上风电输电技术应用场景;最后对海上风电商业模式进行了可行性分析。  结果  结果表明:在拆分海上发、输电侧环节后,广东省预计“十四五”期间能够实现平价上网;相比于分散式开发,深水区海上风电统筹集约式开发从经济性及环境集约利用层面更具有优势。  结论  形成的研究结论可以为后续大规模海上风电集中送出项目的方案设计和建设模式提供技术支持,具有很好的示范应用前景。