兼顾安全性与可靠性海上风电场集电系统中性点接地方式优化决策方法

海上风电是当前新能源开发建设的重要方向。中性点接地方式对海上风电场及其送出系统的安全性和可靠性具有重要影响。但是,海上风电场集电系统中性点接地方式的选择基本依赖于设计或运行人员的经验,缺乏科学有效的决策方法,可能无法满足海上风电场运行需求。为此,考虑了不同中性点接地方式下电热老化对海缆寿命的影响,建立了不同中性点接地方式下海上风电需求达标度、电网故障风险度、继电保护正确动作率的评价指标,构建了海上风电场集电系统中性点接地方式的决策模型,提出了兼顾安全性和可靠性的海上风电场集电系统中性点接地方式优化决策方法,并通过算例验证了该方法的有效性和实用性。     

储能电站与海上风电场联合运行控制策略研究

储能电站及其优化控制方法对海上风电场的安全经济运行具有重要意义.结合锂电池储能系统,提出一种 储能电站与海上风电场联合运行的优化控制方法.首先阐述储能系统结构及其对海上风电功率波动的调节作用,并基 于锂电池的等效电路模型,利用开路电压法估算锂电池的荷电状态.通过建立计及海上风电功率波动的储能系统出力 目标函数,提出储能系统与海上风电场联合运行的优化控制方法.算例结果表明储能系统对海上风电功率波动具有良 好的调节作用.     

海上风电场集电系统电压选择研究北大核心CSCD

随着海上风电大容量机组规模化发展,集电系统电气接线将变得复杂,选择合适的集电系统电压可有效减小集电系统有功损耗,降低建设成本,提高系统可靠性。文中研究了多种模式风电场集电系统结构形式,对比分析35 kV与66 kV集电方案技术特点,计算比较4种机型两种电压集电方案成本,并对集电方案成本进行灵敏度分析,评估集电系统电气接线可靠性。结果显示66 kV集电方案技术性较好,对大容量机组大规模风电场具有较好的适用性,但总体成本高于35 kV方案。35 kV集电方案是目前海上风电场集电系统主要形式,在66 kV电气设备和海缆价格适度降低后,66 kV集电方案将具有良好的应用前景。     

基于通用生成函数的海上风电集电系统可靠性与经济性评估

集电系统的可靠性与经济性对整个海上风电场的经济效益和可靠运行有重要影响。在考虑海上风电场集电系统多状态特性的基础上,对交直流集电系统的多种拓扑进行研究,提出了基于通用生成函数的集电系统可靠性评估模型和指标,该方法可以实现多状态系统的有效化简,并建立交直流集电系统经济性评估模型。算例分析以一个装机容量400 MW的大型海上风电场为例,结合拓扑结构、交直流方案和风电机组容量对集电系统可靠性与经济性进行对比。结果表明,交流集电系统的可靠性仍然高于直流集电系统,但直流集电系统一些拓扑结构有成本优势。通过灵敏度分析说明了集电电压对集电系统电缆损耗成本和可靠性的影响。     

多场景海上风电场关键设备技术经济性分析

中国海上风电正在走向深远海.离岸距离和水深的增大对海上风电场关键设备的技术选择和成本造价影响很大,海上风电场单位千瓦投资也相应变化.对海上风电场基础结构、海缆等关键设备费用在不同离岸距离和水深条件下的变化进行分析,探讨登陆送出、场内集电、基础结构等技术发展对投资的影响.远海风电场通过采用柔性直流和高电压场内集电技术,关...     

大型海上风电场风机微观选址与集电系统联合优化

海上风电开发已经成为我国可再生能源开发的重点内容之一。在海上风电场的开发与建设中,风机的微观选址关系着风电场中所有风机的发电效率,而集电系统承担汇集风机发出的风电功率并外送至陆上电网的重要任务,两者在成本与发电收益上存在相互制约与相互影响的关系。为了获得海上风电场更大的发电收益,文中提出了一种风机微观选址与集电系统双层联合优化方法;上层采用遗传算法进行风机微观选址优化,下层采用蚁群算法(ACS)实现集电系统拓扑结构优化。案例分析结果表明,风机微观选址与集电系统联合优化方法兼顾了风电场长期总发电效益与集电系统的投资成本,具有更高的经济性。     

感应电机全功率风电场动态聚合建模与应用

随着风电场规模的扩大,大型风电场逐渐由陆上向海上发展,占据海上风电场主流机型的鼠笼式感应电机（SCIG）成为研究海上风电场动态特性的主要研究对象。为了系统研究海上聚合风电场的动态特性,在保持风电场外部特性不变的聚合原则基础上,提出一种计及集电系统电缆电容聚合的海上鼠笼型感应电机风电场新型聚合算法,包括风力发电机组和集电系统内部参数的聚合算法。最后,以江苏某实际海上风电场为研究案例,在PSCAD仿真软件上建立具有34个鼠笼式感应风电机组的详细风电场模型以及相应的聚合模型,仿真并比较了两种模型在电网故障条件下PCC点的动态特性。结果表明,所提出的动态聚合方法能够准确反映风电场的动态特性,具有较高精确性。     

考虑低电压穿越的海上风电继电保护方案研究

考虑给电网故障保护切除预留时间、风电场内部故障保护切除预留时间,提出了计及低电压穿越的海上风电场继电保护整定方案,分析了海上风电机组本体保护和35 kV集电海缆的保护。通过对海上风电机组箱变低压侧故障、海上风电机组低电压保护与低电压穿越的配合、35 kV集电海缆故障等进行保护动作时序的ETAP仿真分析,验证了该方案的可靠性,以期应用到工程实践中。     

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。     

计及风资源约束的双天气模态海上风电系统可靠性评估

与陆上风电场相比,海上风电场运行条件恶劣,维修困难,对电气系统的可靠性要求更高。沿用常规的可靠性分析方法,仅仅考虑设备电气故障并不能完全反映海上风电场的可靠性水平。提出了一种考虑风资源约束的双天气模态风力发电机可靠性模型,利用基于邻接终点矩阵的最小路集/割集算法完成了从风电机组到集电系统、海上汇集站、输电线缆、岸上变电站的海上风电系统全环节可靠性评估。算例分析表明,风资源约束对海上风电场可靠性的影响要大于电气元件故障的影响,而正常/恶劣的双天气模态更利于精确刻画海上风电系统的可靠性特性。     

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。     

基于冗余度分析的海上风电场可靠性提高方法

讨论了基于冗余度分析的海上风电场内部电能收集系统和传输系统可靠性提高方法.定义了风电场低压/中压网络与高压传输系统的冗余度.在同时考虑可靠性和经济性的前提下,提出了系统进行风电场冗余设计的方法.采用大型海上风电场设计实例对所提方法进行了验证,得到了最优冗余设计结果.该方法对于提高具有复杂拓扑的大型海上风电场电能收集和传榆系统的可靠性具有一定应用优势.     

近海风电场技术及其发展态势

与陆上风电场相比,近海风电场建设的技术难度较大。简要回顾了国外近海风电场的研究开发与建设状况,近海风电场的关键技术主要包括基础结构、风电场选址、风资源测试与评估、基础设计及施工、风电机组安装、电气传输技术以及系统接入与稳定运行等多方面。阐述了近海风电场配置优化与评估、电气传输技术、系统的接入稳定运行、制造执行系统(MES)的研究开发、风电机组基础的采用形式等技术关键与研究进展情况,以及上海开展的近海风电场技术开发与应用示范工作基础。通过开展近海风电场关键技术的研究,建立发展近海风电资源规模化利用的有关技术基础,有助于促进我国近海风电场系统设计技术的优化。     

海上风电直流汇集DC/DC系统实时仿真方法

随着深远海风电的开发与快速发展,采用柔性直流输电技术逐渐成为海上风电系统的首选方案。然而,海上风电及其输电系统的安全运行仍面临严峻的挑战。实时仿真技术能低成本、快速模拟各种复杂运行工况,得到越来越多的关注。直流汇集DC/DC系统是海上风电系统中的关键设备,其复杂的级联结构、数量众多的元件和更高的开关频率都给实时仿真带来了巨大的挑战。为此,提出一种海上风电直流汇集DC/DC系统实时仿真方法,通过仿真算法的并行设计和等效模型的构建两个步骤,实现大规模海上风电直流汇集DC/DC系统的小步长实时仿真。首先,将EMTP算法重新设计为适用于实时仿真的并行算法,并基于此构建直流汇集DC/DC系统子模块的等效模型。其次,根据子模块之间的串联耦合关系,构建直流汇集DC/DC系统的多端口等效模型。最后,在CPU-FPGA异构实时仿真平台中进行海上风电直流汇集DC/DC系统在多种工况下的实时仿真,并与PSCAD/EMTDC离线仿真结果进行对比,验证了所提实时仿真方法的准确性和高效性。     

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。     

海上风电场电气系统现状分析

海上风电发展呈现风电场容量扩大、离岸距离增加、并网要求标准化的特点,这为海上风电场电气系统设计带来重大挑战。大规模海上风电场电气系统与传统电厂相比,具有鲜明的要求与特点。在阐述了现有几种海上风电场电气系统接线方案的基础上,对目前海上电气设备的技术特点与成本状态进行了分析与比较,并就目前海上风电场电气系统研究存在的主要问题与前景进行了展望。     

基于模块化隔离型DC/DC变换器的海上直流风电场并网方案

与传统的海上风电场采用中压交流系统汇集电能不同,海上直流风电场采用直流系统实现电能的汇集和远距离传输。为减小海上风电场的投资,提高其运行效率,设计了一种基于模块化隔离型DC/DC变换器(MIDC)的新型海上直流风电场并网方案。首先,对三种可能作为MIDC子模块的DC/DC变换器进行了参数设计和对比分析,最终确定了LLC串并联谐振变换器作为MIDC子模块的拓扑。在此基础上,设计了MIDC的控制系统,在实现MIDC子模块间均压和均流的同时,实现了对风力发电机组输出功率的最大功率跟踪。最后,通过仿真验证了所设计的海上直流风电场并网方案的可行性和所设计的MIDC控制系统的有效性。     

考虑工频过电压的海上风电场无功配置方案研究

随着海上风电能源的不断开发,海上风电场的过电压问题对系统的安全运行极为重要,而无功补偿问题影响着系统的电能质量,因此在确定无功补偿方案的同时也应该考虑过电压的限制。本文基于海上风电场含有架空线路和海底电缆混合输电线路的风电场电磁暂态模型,提出了一种考虑工频过电压的无功配置方案,利用ATP/EMTP仿真软件分析了海上风电场工频过电压,并在此基础上对风机不同出力情况下的风电场无功容量需求进行计算,从而得到符合系统安全运行范围的海上风电场无功容量配置方案,并以某海上风电场为例,最后利用MATLAB/Simulink仿真验证了所提方案的可行性。     

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。     

交流并网海上风电场无功配置原则研究

海上风电具有年利用小时长,同时具备风速稳定、占用土地少等优势,在我国的发展逐渐受到关注。由于大量使用海底电缆和建设海上升压站的需要,海上风电场的电气结构与陆上风电场有所区别,反映在无功特性方面存在明显差异。海上风电发展较快的国家在并网导则中都提出了海上风电场无功配置要求,而我国尚缺少针对性要求。基于我国目前海上风电以交流并网为主的现状,在总结国内外风电并网的基础上,计算分析了通过交流线路并网的不同规模海上风电场的无功特性,提出了相应的无功配置原则,可为我国海上风电场的并网设计提供参考和借鉴,促进海上风电场和电网的协调发展。