远海岸海上风电输电方式技术经济分析

全球海上风电呈现远海化、规模化、集群化趋势,远海风电输电方式选择至关重要。考虑海上风电场规模、离岸距离等因素,采用等年值法,结合14种远海风电典型场景,从技术性、经济性两个维度,对高压工频交流、柔性直流、低频交流等3种海上风电输电方式进行对比分析。研究表明,工频交流输电技术在中小容量、中远距离海上风电送出应用场景具有技术、经济优势,柔性直流输电技术应用于大容量、远距离海上风电送出场景时经济优势凸显。同时,对35、66 k V交流汇集-柔直送出两种方案进行比较,指出66 k V汇集无海上升压站-柔直方案更具经济性,进一步缩短了交直流输电方式等价距离,并给出典型场景海上风电输电方式选择建议,提出了远海岸海上风电送出方式选择指导意见。     

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...     

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.     

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。     

±525 kV/2 GW海上风电柔性直流送出系统海上换流站设备选型探讨

随着海上风电向大容量、远距离的不断发展,送出系统采用柔性直流将逐渐成为一种主流方案。文中基于荷兰TenneT电网公司IJmuiden Ver±525 kV/2 GW海上风电柔直送出技术咨询项目,结合海上换流站的布局特点、环境条件和运维要求,介绍了海上换流站主要电气设备的结构及运行方式,并重点分析海上换流站内主要电气设备的选型方案,对同类型工程设计和应用提供了参考。     

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。     

海上风电柔性直流送出紧凑型控制保护系统设计方案

随着大容量远距离海上风电的开发,采用柔性直流送出方式具有更大的优势,基于海上平台造价高、空间小,设备维护成本高等特点,提出了海上风电柔性直流送出紧凑型控制保护设计原则,研制了适用于海上风电特点的紧凑型控制保护主机。提出了紧凑型控制保护系统的总体方案。构建了紧凑型控制保护系统RTDS仿真平台,试验结果验证了紧凑型控制保护设计方案的正确性,为海上风电柔性直流送出工程应用提供了重要参考。     

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。     

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。     

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。     

特高压柔性直流主回路方案研究

±800 kV/5 000 MW特高压大容量柔性直流是直流输电技术的重要发展方向,结合柔性直流输电技术发展现状,综合对比了对称单极接线和对称双极接线的技术优缺点。针对±800 kV/5 000 MW柔性直流输电技术,对比分析了对称双极接线方式下单阀组和高低阀组两种方案的设备特性和运行特性,结果分析表明高低阀组接线方案更适用于特高压、大容量、远距离柔性直流输电技术,其运行方式更灵活,能量可用率更高。     

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。     

海上风电柔性直流送出线路的纵联保护方法

海上风电柔性直流送出系统常采用伪双极接线.当发生单极接地故障时,电流纵联保护不能可靠地区分区内、外故障.针对该问题,提出了一种适用于海上风电柔性直流送出线路的行波方向纵联保护方案.分析了伪双极直流系统的单极接地故障特征,提出了电流纵联保护在海上风电柔直送出线路的问题.基于行波原理,提出了不受暂态分布电容电流影响的保护方...     

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。     

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。     

舟山多端柔性直流输电工程系统设计

为了解决舟山群岛供电、海上风电送出等问题,规划设计了舟山5端柔性直流工程。舟山多端柔性直流输电重大科技示范工程是目前世界上在建的端数最多的柔性直流工程。为了满足柔性直流换流站启动、运行与控制、检修的需要,研究提出了柔性直流换流站的主接线方案。开展了柔性直流系统主回路参数研究,确定了换流站主设备和直流电缆的选型及主要技术参数、换流站运行功率范围。通过交、直流过电压研究提出了换流站过电压保护及绝缘配合方案。提出的柔性直流换流站主回路参数确定方法、绝缘配合方案、运行控制策略等形成了完整的柔性直流系统整体技术方案。提出了柔性直流系统设计的完整技术思路、设计方法及工具,为我国多端柔性直流技术发展及工程应用提供了有力支撑。     

大规模新能源超远距离送出的柔性直流系统集成设计方案

沙漠、戈壁、荒漠等地区大规模新能源输送负荷中心是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要举措。介绍了基于常规直流和柔性直流的大规模新能源超远距离送出方案,从适用场景、过电压、电压与无功功率调节能力、经济性等方面对比了两种方案的优劣,柔性直流送出方案具有较好的技术经济优势。提出了适用于千万千瓦级新能源基地超远距离送出的柔性直流系统集成设计方案,包括±800 kV/10 GW四端柔性直流输电系统的电气主接线、主回路参数、协调控制策略、交直流卸荷装置配置等。研究了双极单阀组和高低阀组方案选择、送端多阀组交流电压协同控制、高低阀组直流电压平衡控制等关键技术,提出了交直流卸荷装置的配置方案及投切策略。基于电磁暂态仿真验证了所提柔性直流设计方案的有效性。     

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。     

用于海上风电并网的柔性直流系统接地方式研究

柔性直流输电技术凭借其为无源电网提供同步交流电源支撑的能力,正逐渐成为远距离海上风电并网的首选方案。主要针对柔性直流系统用于海上风电并网时的接地方式进行了深入的研究。首先对比分析了目前已有工程中的几种换流站接地方式,描述了几种接地方式的优缺点。然后介绍了柔性直流系统用于海上风电并网的拓扑结构和控制策略,选出了三种适用于该场景的换流站接地方式。最后针对国内某规划海上风电场,在电磁仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了±320 kV/1 100 MW柔性直流系统仿真模型。并基于该模型对柔性直流系统进行了故障扫描,研究对比了三种接地方式下系统的过电压特性,得出三种接地方式下的柔性直流系统均具有相似的过电压特性。该研究成果填补了相关研究领域的空白,可以为国内的海上风电并网工程提供参考依据。     

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。