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.     

海上风电场66kV集电系统研究

随着海上风电机组单机容量和风场规模的不断增长,以35 kV作为场内集电系统的电压等级将逐渐成为海上风电发展的瓶颈.基于此情况,提出66 kV集电系统作为35 kV集电系统的替代方案,通过技术性研究比对,发现相对常规35 kV集电系统,采用66 kV集电方案后场内集电海缆长度约减小30％～40％,总资本支出减少17％～3...     

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。     

海上风电场就地升压站系统探析

对现有海上风电场的集电系统及就地升压站系统进行了分析,从系统至元件层面分析了升压站主接线、框架结构和环境控制系统,并提出了海上风电场高可靠设备解决方案,从而提升海上风电场就地升压站可靠性和智能化水平,减少维护成本。     

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。     

基于粒子群算法的风电场集电系统优化设计

大型风电场的集电系统拓扑结构和配置,关系着整个风电场的安全和可靠运行,其建设成本是大型风电场投资成本的重要组成部分。文章总结了集电系统拓扑设计的三个主要依据,构建了可靠性和经济性评估模型,提出了考虑工程实际约束条件下采用K-means聚类和粒子群算法实现集电系统的优化设计方案,最后将所提方法模拟应用于某一海上风电场集电系统设计中,通过可靠性与经济性评估结果,证明了所提方法的有效性。     

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。     

基于拓扑冗余度评估的大型海上风电场集电系统优化

深远海风电场环境恶劣,集电系统成本高昂,拓扑规划的经济性、可靠性矛盾尤其突出。文中根据深远海风电场的特殊性以及集电系统对可靠性的更高需求,提出集电系统拓扑结构的冗余度定义,建立基于集电系统拓扑冗余度的多目标优化模型,将经济性、可靠性这对矛盾的变量进行最优规划。案例分析以一个大型海上风电场为例,基于拓扑冗余度评估,从全寿命周期成本的角度对其集电系统拓扑结构进行优化。结果表明,拓扑冗余度最优的结构虽然初始成本略高于放射形结构,运行8年后的全寿命周期成本优势明显,可以满足深远海风电场集电系统的工程实际需求。     

66 kV海上风电交流集电系统应用

某海上风电项目在国内首次应用66 kV交流集电系统，克服了传统的35 kV海缆面临着可互联的风机数量少、单位成本不断增加等制约因素，提升了项目建设的经济性和用海的合理性，同时该系统具备灵活的风电机组拓扑路线设计，有效提高了线路施工的便利性以及运行的安全性和可靠性。     

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。     

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。     

大型海上风电场电气接线方案优化研究

海上丰富的风能资源和相关风力发电技术的飞速发展,使得海上风电场成为当前风能开发利用的主要趋势之一,但海上风电场与陆上风电场有很大区别,传统的电气接线设计思路已经不能满足海上风电场的经济和技术要求。本文对现有海上风电场的电气接线方案进行研究,深入分析海上风电场各电气元件的投资成本,将海上风电场电气接线的投资问题归纳为一组离散变量的最优求解问题,并结合遗传算法对大型海上风电场电气接线方案进行优化。算例结果证明,不同的电气接线方案之间投资成本相差甚大,遗传算法能够有效地找出最佳接线方案。     

考虑障碍区影响的海上风电场集电系统拓扑设计

对于海上风电场集电系统的优化设计,现有设计方法大部分只考虑了电缆和开关的合理配置,而没有充分考虑障碍区对拓扑设计的影响。为此,本文提出了一种考虑障碍区影响的海上风电场集电系统拓扑优化设计方法。采用GIS技术对障碍区进行图层化处理,并利用最小面积不定形包围盒法将障碍区表示为最小面积矩形包围盒。在此基础上,结合Dijkstra算法与Prim算法的优点可得求取避障路径的优化算法,再通过基于层次分析法且兼顾经济性和可靠性两个方面影响因素的模糊综合评价模型来比较海上风电场集电系统的拓扑方案,就可完成海上风电场集电系统的最优拓扑设计。最后的算例及分析验证了本文算法的可行性。     

大型光伏电站集电线路电压等级选择

小型光伏电站一般通过380 V电压等级并网,中型光伏电站一般通过10～35 kV电压等级并网。由于光伏组件布置区域较小且并网电压低,小型光伏电站不存在集电线路,中型光伏电站集电线路电压等级即为接入系统电压等级,选择较为简单。大型光伏电站接入系统电压等级一般为66 kV以上,组件布置面积大,集电线路的造价也较大,因此需要对35 kV与10 kV电压等级集电线路进行选择。通过对某200 MW光伏电站建模,从投资和损耗2个方面比较2种电压等级集电线路的造价,进而得出相关结论,供同行及有关研究部门参考。     

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。     

基于遗传算法的双馈风场分群无功控制策略

现有的双馈风电场无功控制多数采用恒功率因数控制,既没有充分利用风电场内双馈风电机组和无功补偿设备的无功调节能力,也没有考虑风电场集电系统的网损。提出了一种综合考虑集电系统特点和DFIG无功调节能力的无功控制策略,该策略以实时监测的风电场并网点电压数据和DFIG有功出力数据为基础,通过分析双馈风电机组的功率特性和风电场的无功需求,利用遗传算法求解风电场多目标无功优化控制模型,达到降低集电系统网损和改善并网点电压的目的。对某实际风场的仿真算例验证了所提策略的有效性。     

风电场电缆集电系统雷电暂态数值计算

针对风电场集电系统升压变压器和避雷器在雷害事故中大量损坏现状,在雷害事故现场调查的基础上,对风电场电缆集电系统雷电暂态过电压及电流分布进行了数值计算。建立了单台机组模型和多台机组模型,考虑了风电机组数量、雷电流幅值、机组冲击接地电阻等各种因素对雷电暂态过电压和雷电流分布影响。结果表明:避雷器标称放电电流偏小是雷击损坏主要原因,多次回击电流将导致避雷器以及与其并联连接的升压变压器损坏。对于35 kV风电场电缆集电系统,如果风电机组冲击接地电阻很难降低,提高避雷器标称放电电流可以有效解决电缆集电系统雷电暂态过电压和避雷器保护问题。根据计算结果提出了避雷器标称放电电流推荐值,当雷电流幅值50 k A时,标称放电电流5 k A的避雷器可满足要求;当雷电流幅值≥100 k A时,则需要相应提高避雷器标称放电电流。对风电场电缆集电系统,在接线工艺规范的前提下,升压变压器高压侧安装1组避雷器可以满足过电压保护和绝缘配合要求。     

海上风电集电系统研究综述

面对能源危机和环境污染的难题,风力发电是有效的解决方式之一.与陆上风电相比,海上风电具有风资源更丰富、节约土地、年利用小时数高等优势,具有广阔的发展前景.集电系统是海上风电场的重要组成部分,影响着整个风电场的规划投资和可靠运行.首先,对交直流集电系统的拓扑结构以及断路器配置方案进行比较分析;其次,分别从经济性和可靠性角...     

海上风电场内部集电系统拓扑设计

在分析现有海上风电场集电系统典型拓扑结构的基础上,运用Matlab/Simulink搭建集电系统拓扑模型对其进行分析;综合考虑集电系统的经济性能与电气性能,提出综合评价集电系统综合性能的指标,据此设计综合性能指标最优的集电系统拓扑,验证了所提出的集电系统综合性能指标的有效性,为海上风电场工程设计人员提供有重要价值的参考。     

考虑尾流效应和集电系统元件故障的风电场可靠性建模

分析平坦地形和复杂地形下风电机组间尾流效应对风电场输出功率的影响;建立两状态等值风电机组以及五状态断路器、三状态变压器等集电系统元件的可靠性模型,考虑集电系统元件故障对风电场输出功率的影响。运用威布尔分布模拟风速,对风速、等值风电机组状态、集电系统元件状态等进行非序贯蒙特卡洛抽样仿真,基于MATLAB进行编程计算。结果表明,尾流效应和集电系统元件故障对风电场的输出功率都有不可忽视的影响,综合考虑二者的风电场可靠性模型提高了对风场输出功率计算的真实性和准确性,评估风电场并网可靠性指标时更为精确、贴近实际。