大规模海上风电接入电网关键技术与技术标准的研究及应用

编制科学合理的新能源并网标准、建立完善的技术标准体系对于进一步推动我国新能源开发利用,实现“碳达峰碳中和”目标起着关键性作用,是促进新能源产业发展的核心基础要素之一。在双碳目标下,以风电、光伏为主的新能源在电力系统中的地位和重要性重新被认识,尤其是海上风电凭借自身优势逐渐成为实现能源转型的重要方面。该文首先介绍了海上风电并网工程及其面临的技术挑战,概括了海上风电并网领域相关的标准化工作情况,从交流并网与直流并网等角度,以标准化为主线,阐述了海上风电并网工程规划设计、试验检测、并网控制等方面的关键技术及标准开发应用情况,最后展望和研判了海上风电并网未来技术发展趋势,并对海上风电并网标准进行全面探讨。大规模海上风电接入电网的系列标准将为我国海上风电并网安全运行提供切实的技术保障。     

海上柔性直流输电工程直流电压等级确定方法

随着海上风电机组大型化以及投资规模的不断扩大和建设成本逐渐下降,近海风电资源日趋紧张,基于柔性直流输电技术的大规模、远距离海上风电送出工程得到了较大的应用。在海上风电柔性直流输电工程中,直流电压等级是体现输送能力的重要技术参数。文中基于IGBT器件的稳态和暂态通流能力以及直流海缆载流量限制要求,提出了一种海上风电柔性直流输电工程的直流电压等级确定方法。并在此基础上,以某900 MW海上风电柔性直流输电工程为例,给出了工程案例的直流电压等级确定流程。所提出的海上风电柔性直流输电工程的直流电压等级确定方法,有利于降低工程建设成本并推进中国远海风电大规模集约开发与并网技术的发展。     

江苏如东海上风电场并网方式及经济性分析

为了合理选取适用于江苏如东大规模集群式风电工程的并网方案,首先分析比较了基于交流输电方式和柔性直流输电方式的海上风电并网技术的优缺点。然后给出了基于柔性直流输电方式的海上风电场并网的几种典型拓扑,并对各种并网拓扑的优缺点进行分析。在此基础上,对规划建设中的江苏如东大规模集群式风电工程的并网拓扑展开研究,提出了全交流、交流和直流点对点、交流和直流环形、交流和直流星形4种典型的并网方案。最后,选择经济性比较范围,采用现金流折现模型,从设备成本、维护成本和损耗费用3个方面计算了所提方案的总成本,进行了经济性比较和分析。结果表明,该工程采用全交流方式时经济性最佳,其次分别为交流和直流点对点混合并网方式、交流和直流星形混合并网方式、交流和直流环形并网方式。     

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。     

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。     

特约主编寄语

中国海上风电历经10余年的发展,至2021年6月,总装机容量已达到11 GW.国家"碳达峰·碳中和"战略的提出,有力推动了海上风电的大规模开发.为了对中国未来更大规模、更远离岸距离的海上风电开发面临的关键问题进行分析与探讨,《电力系统自动化》策划了"大规模海上风电系统关键技术研究与应用"专辑.专辑收录论文14篇,涵盖了海上风电发展现状与技术展望、海上风电电气系统规划、并网接入技术、系统稳定性分析与控制、运维策略、多能综合利用等重要研究方向.     

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.     

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。     

风电场经MMC-MTDC系统并网的几个关键问题

随着风电大容量远距离输送需求的增长,柔性直流输电技术的快速发展,基于模块化多电平换流器(module multilevel converter,MMC)的多端柔性直流系统在大规模风电场并网应用中优势凸显,前景广阔。为此,首先考虑2种直流线路保护方案,从经济性和技术性2方面阐述了3类多端柔性直流风电并网系统的拓扑结构以及优缺点;接着,分析了3种系统级协调控制策略在风电并网多端系统中的应用与改进,包括主从控制、直流电压裕度控制和直流电压下垂控制;然后,针对风电并网运行中较为突出的故障穿越问题,从交流故障和直流故障2方面,讨论了提高含风电并网多端柔性直流系统故障穿越能力的方法;最后,对未来大规模风电并网其他关键技术问题进行了展望。     

海上“风”景正好

正当前,海上风电正成为我国发展新能源战略的重要一环。根据国家电网公司智能电网创新示范工程实施方案部署,国网山东电力确立了海上风电检测基地项目建设方案。这一项目建成后,山东海上风电并网检测平台将具备国内外领先的风电检测试验能力和并网检测功能,有力地支持海上风电大规模发展。山东省共有3100公里海岸线,占全国海岸线总长度六分之一,近海具有大量可开发的风电资源。在省政府确立的海上风电规划中,山东初步规     

基于RTDS的海上风电柔性直流输电系统自适应下垂控制

针对实现直流系统并网已迫在眉睫的问题,提出基于RTDS的海上风电柔性直流输电系统自适应下垂控制。基于RTDS的海上风电柔性直流输电系统,建立海上风电柔性直流输电模型,探讨了自适应下垂控制策略。通过试验证明自适应下垂控制模型在大规模远海岸上柔性直流输电技术上有更好的应用前景。     

海上风电场运行控制维护关键技术综述

海上风电是目前和未来几十年我国可再生能源发展的重点。然而,与陆上相比,海上风电面临全寿命周期度电成本偏高、大规模并网冲击大等挑战。数字化、智能化是解决上述问题的关键。为此,该文围绕海上风电场智能运行控制维护关键技术进行了介绍,包括海上风电功率预测技术、海上风电运行控制技术、海上风电设备维护管理技术、海上风电与海域综合利用。首先,针对海上天气环境、资源特性、地理位置、设备运行等因素,分析了海上风电与陆上的差异,据此归纳了上述技术领域所面临的挑战及可能的解决方案,并对这些技术的研究现状及成果进行了分析和总结;最后,指出海上风电场智能运行控制维护关键技术领域的发展趋势及需要进一步研究的方面,为海上风电降本增效和大规模安全经济并网提供支撑和参考。     

用于海上风电并网的柔性直流系统过电压和绝缘配合研究

柔性直流系统凭借其独特的技术优势,正逐渐成为大规模远距离海上风电并网的主流方案。鉴于国内外相关研究较为匮乏,文中针对用于海上风电并网的柔性直流系统,详细研究了其中的过电压和绝缘配合问题。首先介绍了用于海上风电并网的柔性直流系统的基本情况,包括拓扑结构、站内主要设备和接地方式。然后根据实际情况详细介绍了过电压和绝缘配合的基本原则,包括典型故障选取、电压观测点选取、避雷器的配置方案和参数选择方法。再基于电磁暂态仿真平台PSCAD/EMTDC,搭建了国内某规划海上风电场的±320 kV/1 100 MW柔性直流送出系统仿真模型;基于时域仿真,研究了柔性直流系统的过电压特性,并且基于提出的避雷器的配置方案,给出了柔性直流换流站的主设备绝缘水平。研究成果填补相关领域研究的空白,可为未来国内类似工程提供重要的参考依据。     

海上风电柔直并网系统调频控制综述

远海风电场因其风资源丰富而受到广泛关注,柔直并网是实现大规模远海风电场并网的有效措施.随着海上风电等可再生能源渗透率不断提高,电力系统面临的频率稳定问题逐渐凸显,海上风电柔直并网系统进行主动频率支撑是缓解频率稳定问题的有效手段之一.为此,针对海上风电柔直并网系统参与调频控制进行综述,从海上风电场、柔性直流系统及二者协调控制等3个层面对现有频率支撑控制策略进行阐述,分析了不同层面控制策略的原理、优缺点和发展趋势等,指出海上风电柔直并网系统参与主动频率支撑应协调海上风电场和柔性直流系统,最大化发挥二者调频能力;进一步分析了海上风电柔直并网系统参与频率调节在充分利用系统调频能力、保证系统安全运行方面面临的挑战,最后对该领域未来研究方向进行了总结和展望.对海上风电柔直并网系统参与陆上交流系统调频控制和实现双碳目标具有一定参考价值.     

海上风电柔性直流输电及变流器技术研究

简要回顾国内外海上风电场研究开发与建设状况,分析了海上风电场柔性直流输电应用技术、变流器技术特点、技术关键及应用,结合上海风力资源情况,提出了海上风电柔性直流输电大功率变流器设计开发技术关键,以及海上风电场电气输送与并网技术等。     

直流配电网研究进展及应用

正近年来,随着电力电子技术的高速发展,直流输配电技术日新月异,以电压源型变流器为基础的多端柔性直流输电技术、直流电网技术以及混合直流输电技术都已经取得了长足的进步。在配用电领域,一方面,在海上风电及大规模光伏电网并网领域,中压直流配电技术表现出优越的技术经济特性,得到了行业的广泛关注;另一方面,在城市配电、数据中心供电、智能楼宇与智能家居、分布式发电     

龙源引领中国步入海上风电规模发展时代

11月23日,随着20台金风科技2．5兆瓦风电机组的并网运行,我国最大海上风电项目龙源江苏如东15万千瓦海上示范风电场f简称如东示范风电场）全部建成投产。出席投产仪式的龙源电力公司董秘、新闻发言人贾楠松称,龙源已从技术、施工等多个方面为我国海上风电大规模开发做好了准备。据贾楠松介绍,从小规模试验到中规模示范,再到大规模开发,这是我国确立的海上风电发展路线图。     

海上全直流型风电场的研究现状与未来发展

随着海上风电场的快速建设,经济有效的大规模海上风能汇聚和传输方式已被日益关注。为了使未来的海上风电场更好地采用高压直流输电并网,先进的直流变换和直流风机的概念被引入,以形成全直流型风电场。针对海上全直流型风电场4大关键科技问题的国内外研究现状进行梳理,包括:组网方式(有无升压站)与评价方法;关键设备(直流风电机组、海上升压站中直流变压器、岸上换流站和直流断路器)技术;运行与控制;故障与保护。结合以上关键技术的发展趋势,对未来海上全直流型风电场进行展望,并给出一种基于模块化多电平技术的推荐配置。     

海上风电场运用柔性直流方式并网的无功控制研究

海上风电已成为我国沿海地区风电发展的趋势,为提高发电效率,海上风电场单机容量不断增大,风电场离岸距离从近海逐步向50 km外的深海拓展。由于大部分深海风电场采用柔性直流方式(VSC-HVDC)集中并网,电压管理与无功控制必须从电网、电源两方面着手,增强风电场、电网调压灵活性。本文针对柔性直流接入的大型海上风电场的无功规划及其控制策略开展研究。在不同接入容量的海上风电场群中通过采用推荐的无功控制方案,可以有效地改善风电集中区域电压运行质量,提高电网电压稳定水平,减少风电由于电压波动导致的大规模脱网的发生。