我国远海风电送出输电技术及典型方案

输电方式的合理选择对实现深远海风电经济高效送出具有重要意义。我国海上风电资源开发逐渐呈现远海化、规模化的发展趋势,海上风电送出的输电成本相应上升。对当前国内外海上风电送出工频交流输电技术、柔性直流输电技术和低频交流输电技术的应用现状及特点进行了全面总结和分析;结合我国海上风电相关规划和海洋资源情况,按照海上风电规模化、集约化开发的指导思想,分析提出未来远海风电送出的输电规模、离岸距离等多个研究场景;综合比较海上平台设计、关键设备制造能力以及技术经济,研究提出各送出场景下可行的海上风电输电技术及其典型技术方案,可为未来国内各区域远海海上风电送出输电方式的优化选择提供参考及借鉴。     

大容量远海风电柔性直流送出关键技术与展望

大容量远海风电集中送出能够有效降低开发成本,柔性直流输电作为远海风电的主要送出方式具有广阔应用前景。全面论述了大容量远海风电柔性直流送出关键技术与展望,首先介绍了远海风电交、直流典型送出方案,对比了交、直流送出方案的经济性;接着介绍了±500 kV/2 000 MW海上风电直流送出关键技术,从整体技术方案、可靠性、接地方式等方面对比了对称单级接线系统和双极接线系统的特点,分析了海上风电场66 kV无升压站汇集带来的新问题;指出了大容量远海风电送出技术在直流海底电缆、新型送出方式、智能化运维、控制保护、海上换流平台轻型化等方面的发展方向与挑战。     

柔性低频交流输电关键技术及应用

基于电压源型换流器的柔性低频交流输电兼具交、直流输电的技术优势,是值得深入研究的新型输电技术。分析基于电压源型换流器的柔性低频交流输电技术特性,列举系统典型拓扑结构。针对海上风电送出场景,计算获得不同频率下典型截面海缆的输电能力曲线。以国内某项目为例进行了经济性对比。结果表明,柔性低频交流输电技术应用于中远距离海上风电送出时具有明显优势。此外,分析了海岛互联供电、陆上大规模新能源发电汇集送出等应用场景;分析了频率变化对高压大容量交交换流器、变压器、断路器、电缆等主要输电设备关键性能的影响;系统性地指出了柔性低频交流输电工程化应用尚需深入开展的研究工作。     

低频输电

正低频输电技术是借助电力电子技术将50 Hz工频交流降低为15～20 Hz低频交流的新型输电技术。兼具工频系统组网灵活、电压等级易变换,及直流系统远距离大容量能量传输的优点,还具备功率控制、电压动态调整、异步电网互联等功能,且经济性良好。可用于中远距离海上风电送出、陆上新能源汇集与送出等场景。     

远海风电直流汇集送出系统直流线路继电保护技术现状与展望

为适应远距离、大容量的输电场景，远海风电直流汇集送出系统应时而生，其发展呈现出新特征、新趋势，给其直流线路继电保护带来严峻挑战。为此，首先明确了远海风电直流汇集送出系统的组网方式，并阐述了新型系统中直流线路继电保护的特殊性。其次，针对故障分析方法、故障识别原理、故障隔离策略等关键问题，对研究成果进行归纳与总结，厘清现有方法在新型系统中的适用范围。最后，展望了上述关键问题的技术发展趋势，为远海风电直流汇集送出系统的直流线路继电保护技术研究提供支撑与参考。     

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.     

远海风电送出技术应用现状及发展趋势

远海风电高效可靠送出是实现中国能源转型和保障能源安全的重要载体。针对远海风电直流送出,结合工程实践全面论述了海上风电直流的应用现状和存在问题,指出了海上风电柔直小型化的主流方案和海上风电直流组网的发展趋势。同时对近期研究热点二极管整流送出方案进行了梳理,明确了降低全控设备器件数量是基于跟网型风机二极管整流送出亟待解决的问题,多构网风机稳定运行和自启动是实现基于构网型风机二极管整流送出亟须解决的问题。结合世界首个低频输电工程,介绍了海风低频的2种拓扑技术。最后对远海风电送出各技术方案未来的应用场景进行了展望。     

长距离直流电缆对柔性直流系统故障影响分析

远距离海上风电越来越多地选择柔性直流经海缆送出的方式。采用电缆的柔性直流(voltage source con ver ter based high voltage direct current, VSC-HVDC)输电系统,其故障特性比传统架空线直流输电系统更加复杂。文中基于对称单极拓扑的双端VSC-HVDC海上风电送出工程,简化了电缆和VSC-HVDC输电系统的数学模型,分析换流变阀侧交流系统单相接地和直流电缆线路单极接地等典型故障下的故障特性,运用叠加原理对故障机理进行解释;根据不同故障类型的故障源等效出不同的故障回路,得到了长距离电缆显著的电容效应对VSC-HVDC系统故障特征的复杂影响;利用实时数字仿真平台,搭建远海风电送出系统硬件在环仿真模型,验证了故障机理解析分析的正确性。     

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。     

大规模海上风电场集群交直流输电方式的等价距离研究

随着海上风电场的布局逐步从近海走向远海,以及新型柔性直流(direct current,DC)输电技术等日趋成熟,在规划设计中研究分散布局的大规模海上风电场集群最优输电方式,合理选择先进适用、安全可靠、经济合理的输电技术,为大规模分散式海上风电场群输电方式决策提供科学的方法是十分必要的。本文首先分析了海上风电场两种主要输电方式即高压交流输电方式、柔性直流输电方式的技术特点,然后对各种输电方式进行了详细的成本构成分析及计算,并对不同距离和容量下的输电方式做出经济性比较。最后通过计算得到了海上风电交流/直流输电方式的等价距离,研究结果可为输电规划以及工程设计提供参考。     

基于二极管不控整流单元的远海风电低频交流送出方案

远海风电场凭借其丰富稳定的风能资源成为未来风电发展的主要趋势。目前已投运的远海风电送出工程大多采用柔性直流输电技术,其投资成本较高。为此,提出一种基于二极管不控整流单元（diode rectifier unit, DRU）的远海风电低频交流送出方案。该方案取消了海上换流器平台,采用DRU代替常规交-直-交变频器中的低频侧换流器,能够有效降低工程的投资成本和运行损耗。由于DRU不具备主动控制能力,提出适用于远海风电低频交流送出系统的风电机组控制策略,其中机侧换流器采用定直流电压控制,网侧换流器则在全局统一参考坐标系下同时实现最大功率跟踪控制和交流侧电压控制。最后,通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真,对风电功率波动、陆上交流电网三相短路故障和海上交流电网三相短路故障等典型工况下的系统响应特性进行研究,验证所提方案的可行性。     

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。     

采用二极管整流单元和模块化多电平换流器的混合型远海风电送出方案

目前基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的柔性直流输电系统是远海风电并网的典型方案，而整流站采用二极管不控整流单元（diode rectifier unit,DRU）可以进一步提升直流输电系统的经济性和可靠性。基于DRU的海上风电并网方案能否实施的关键在于海上交流系统电压的幅值和频率能否得到有效控制。为此，提出在整流侧采用DRU和MMC并联的混合型远海风电送出方案。首先，阐明了混合型远海风电送出系统的拓扑结构和运行特性，DRU承担全部海上风电功率传输任务，整流侧小容量MMC用来建立海上交流系统的交流电压幅值和频率，并为DRU提供无功功率补偿。针对这一控制目标，提出混合型远海风电送出系统协调控制和故障穿越策略，其中，整流侧MMC采用附加有功功率控制的交流电压幅值/频率控制，风电机组在海上交流系统故障时主动降低输出电流。最后，在PSCAD/EMTDC中对风速波动、海上交流系统短路故障、陆上交流电网短路故障进行电磁暂态仿真，验证所提出方案的可行性。     

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.     

海上风电场输电方式研究

海上风电对于推动我国绿色转型发展、保障东部负荷中心能源电力供应具有重要意义。目前我国海上风电项目以近海海上风电项目为主,未来随着技术进步、成本下降,海上风电将向规模化、深远海化趋势发展,如何实现大容量海上风电的远距离输送是一个极具现实意义而又十分迫切的课题。本文在借鉴现有海上风电项目实际经验的基础上,重点分析交流输电方式和柔性直流输电方式等海上风电主要输电方式存在的问题,对不同输电方案的技术性和经济性进行对比研究,通过相关论证分析对海上风电输电方式的选取提出建议。     

V/f控制下柔性直流换流器阻抗建模及中高频谐振特性分析

为研究交流侧电压控制,即V/f控制下柔性直流输电系统的中高频谐振问题,考虑正负序交流电压和电流内外环、电压前馈以及系统调制与控制链路延时等环节的作用,采用谐波线性化的方法建立了柔性直流换流器的交流侧正负序等效阻抗模型;分析了交流电压控制方式、电压前馈控制方式、控制系统参数、链路延时大小等因素对V/f控制下柔性直流换流器中高频阻抗特性的影响;通过对控制系统结构和参数进行优化,提出了柔性直流换流器中高频等效阻抗的改善措施,抑制换流器负阻尼。以66 kV交流汇集的海上风电柔性直流送出系统为例,分析了柔性直流换流器对系统中高频谐振特性的影响。最后,分别通过阻抗扫描和电磁暂态仿真验证了等效阻抗模型的正确性和阻抗改善措施的有效性。     

海上风电经双极柔直系统送出功率平衡控制策略

近年来,远距离、大容量的海上风电场的建设获得了快速的发展。基于模块化多电平的柔性直流输电系统（VSC-HVDC）是未来远距离海上风电并网的首选方案。海上风电通过采用双极的柔性直流输电系统送出,可以同时提升柔性直流的传输容量和可靠性。首先介绍了海上风电经双极MMC-HVDC送出系统,然后详细设计了该柔性直流系统双极优化控制策略,实现了双极传输功率平衡以及海上交流系统电压和频率的无差控制。最后通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建离线仿真模型,验证了上述功率平衡控制策略的有效性和可行性。     

海上风电柔性低频交流送出系统输送能力计算与分析

柔性低频交流输电应用于中远距离海上风电送出具有技术经济优势，研究其输送能力对确定系统参数和方案具有重要参考意义。文中分析了约束海上风电柔性低频交流送出系统输送能力的电压、电流条件，推导建立了由最大输送功率和最远输送距离描述的输送能力计算方法；计算了220 kV和330 kV系统的输送能力，分析了系统频率和海缆截面的影响。结果表明，选择12.5～30 Hz频率范围、最大1 200 mm2海缆截面，离岸距离为250 km时，单回220 kV和330 kV系统输送的风电场最大容量分别约为200～400 MW和200～570 MW。实际风电场柔性低频交流送出系统的参数还应在经济性分析的基础上具体确定。     

全寿命周期成本在海上风电输电方式经济性评估中的应用

建立了基于全寿命周期成本(LCC)的海上风电输电方式经济性评估模型,统筹考虑了海上风电输电系统的初始投入成本、运行成本、维护成本、故障成本和废弃成本,寻求在保证安全可靠下在全寿命周期内的经济性和持续性最优方案 比较了用于海上风电接入的高压交流输电、传统的高压直流输电和柔性直流输电方式,根据其特点以典型的输电工程为例,分析了不同输送距离和不同传输容量下各输电系统的LCC情况,给出了各种输电方式的LCC适用范围.算例分析表明,该方法可以克服传统评估方法的片面性,得到更科学、全面的经济性评估结果,具有很好的实用价值.     

柔性直流输电技术的工程应用和发展展望

柔性直流输电技术作为新一代的直流输电技术,具有有功无功独立控制、响应快速灵活、扩展性强等突出优点,广泛应用于风电送出、电网互联、无源网络供电和远距离大容量输电等场景。在中国新型电力系统建设的背景下,针对新能源送出和多直流馈入电网安全稳定提升等重大需求,柔性直流输电技术优势将进一步凸显。文中对柔性直流输电技术的发展现状和趋势进行梳理,以多个代表性的柔性直流输电工程为例,系统地阐述了中国柔性直流输电技术的工程实践经验,重点介绍了柔性直流输电技术在新能源送出、电网互联和远距离大容量输电的典型应用及工程运行情况。最后,文中分析了新型电力系统下柔性直流输电技术的发展前景并指出所面临的挑战,为柔性直流输电技术的发展与应用提供参考。