海上平台柔性直流技术直流控制保护配置研究

  [目的]  海上平台电源多以分布式的形式进行电力组网,该种组网方式成本高、经济效应差。柔性直流输电技术不需要交流电网提供换相电流,使得柔性直流输电具有对有功功率和无功功率进行同时控制的能力,并且不需要配置大量补偿设备,较好地解决了海上平台输电问题。  [方法]  基于柔性直流输电技术的特点及接线型式,研究了直流控制的配置,分析了常见的直流故障特性,并展开了直流保护配置的研究。  [结果]  给出了直流控制系统的配置原则及方案,以及直流保护的配置原则及方案。  [结论]  研究成果为该技术在相关工程的应用推广提供了参考。     

海上风电场输电系统选择

对海上风电的输电方案作了技术经济比较,得出结论:200 MW以内的潮间带风电场和离岸距离80 km以内的近海风电场,宜采取高压交流输电并网;200～400 MW的近海风电场,宜根据离岸距离选择并网方式;400～600 MW的远距离近海风电场和深海风电场,宜采用柔性直流输电并网;更大容量的风电场则需采用常规高压直流输电并网。海上架空线路适用于潮间带、近海风电送出及深海风电近岸侧,因海上杆塔施工费较高,架空线和架空-海缆混合方案的总费用相当。     

海上平台混合直流供电方案研究与仿真分析

  [目的]  海上平台一般均采用海上自供电方案,该供电方式电源形式单一、可拓展性差、抗冲击能力弱、供电可靠性和保障程度低,同时,海上平台的空间非常有限,建设自供电电源投资较高。  [方法]  在对比研究利用岸电交流送电和直流送电方案优缺点的基础上,提出了技术可行、经济性较优的海上平台采用混合直流输电的方案。在此基础上,建立陆地电网侧常规直流、海上平台侧柔性直流的数学模型,结合传统直流的换流器的典型控制方式和柔性直流换流器的典型控制方式,提出混合直流的控制策略。  [结果]  在PSCAD/EMTDC上建立混合柔性直流输电系统的电磁暂态仿真模型,包含近区交流电网、混合直流系统以及海上平台系统的仿真系统模型,并开展建模仿真分析研究,分析近区交流电网、直流系统、海上平台的运行特性、故障特性以及交互影响。  [结论]  研究成果对解决海上平台的安全可靠供电问题具有十分重要意义。     

±800 kV柔性直流换流站换流变区域电气布置研究

  [目的]  柔性直流输电技术不断发展,至今已经成为主流的直流输电技术。面对远距离、高电压、大功率的送电需求,±800 kV级特高压柔性直流输电技术的工程应用迫在眉睫。换流变压器作为柔性换流站的核心部分,相关区域的布置方案非常重要,将会对全站整体布置方案产生重要影响。  [方法]  基于柔性直流换流站的技术基础,从电气接线、换流变压器布置、换流变广场布置、启动回路布置等方面进行分析,并根据其特点进行优化设计,提出了换流变区域的整体布置方案。  [结果]  换流变区域的整体布置方案可靠性高、可实施性强,节约了占地面积和投资成本。  [结论]  研究结果对±800 kV柔性直流换流站的工程应用有指导意义,有广泛的工程应用前景。     

广州换流站柔性化改造设计方案研究

  目的  为避免高压直流受端换流站逆变器换相失败,同时提高受端换流站交流系统的电压稳定性,研究将天广直流受端广州换流站改造为柔性直流换流站,并扩容为3 GW的可行性。  方法  基于满足柔性直流输电的各种运行方式、便于增容、适应设备研发水平,以及充分利用现有设备及建筑,减少改造的难度和费用,研究对比了不同换流阀拓扑结构、功率模块拓扑结构,研究了启动回路设置、直流场电气接线、联接变压器型式等。  结果  研究分析表明,增容改造方案推荐每极采用1个1.5 GW换流阀、半桥-全桥功率模块混合型式、对称双极接线、启动回路设置在阀侧、横向尺寸大的联接变压器。  结论  该研究为现有常规直流输电换流站改造为柔性直流输电换流站提供改造思路和方法。     

生态系统理念在海上风电项目管理中的应用研究

  [目的]  中国海上风电行业已迈入快速发展期,如何创新项目开发管理模式,有效应对海上风电造价高、界面多、工期长等问题,实现成本降低、效能提升,是推动海上风电行业健康快速发展的重要保障。  [方法]  通过将生态系统理念应用到海上风电场项目开发建设和运营管理中,探索构建海上风电场生态系统,以搭建风电场神经网络为核心,提高整体关联效能,实现最优开发目标;利用层次分析法对系统影响因子权重进行定量分析。  [结果]  通过海上风电场生态系统的构建,使海上风电场具备信息快速的收集、存储、共享、分析和反馈调节功能,降本增效,提升风电场稳定性。  [结论]  生态系统的引入为海上风电项目的开发管理和提供了新的思路,借助人工智能技术等前沿科技的发展,海上风电场生态系统也将不断完善和广泛应用。     

海上风电场电能传输技术研究

在结合海上风力发电特点的基础上,本文分析了用于海上风电的交流输电技术、基于PCC的传统直流输电技术和基于VSC的轻型直流输电技术等电能输送及其并网方式的特点,并从经济性和技术性上对其进行分析比较,指出了经济选择范围;同时对风电场内部集电线路的不同布局方式特点及经济性进行了分析,指出了目前最优的经济选择。     

海上柔性直流换流站关键电气设备选型研究

  [目的]  对于海上柔性直流换流站而言,环境条件恶劣,施工困难,主设备的选择对换流站整体布局影响较大,合理的选择关键设备的型式对提升换流站的可靠性、减少施工及维护检修工作以及降低工程总体造价具有重要作用。  [方法]  通过分析海上柔性直流换流站的主回路关键设备构成,结合海上换流站的运行特点要求加以分析研究。  [结果]  阐述了海上柔性直流换流站的设备选型原则,重点分析研究了换流站关键电气设备的型式选择方案及依据,提出具有指导意义的研究结论。  [结论]  研究结果为海上换流站工程提供重要设计和应用依据。     

大规模海上风电并网方式的研究

在风力发电等可再生能源技术高速发展的潮流下,对比分析了适用于海上风电场的高压交流、常规高压直流和柔性直流输电3种并网方式。简要介绍了柔性直流输电的工作原理,详细说明了柔性直流输电技术在风电并网上的应用情况,并着重探讨柔性直流输电并网的经济性,认为柔性直流输电技术在海上风电传输领域有广阔应用前景。这对于满足我国清洁高效的能源利用有着显著的意义。     

交流侧接地方式对多端柔性直流配电网保护配置的影响

  [目的]  为了提高多端环形柔性直流配电网的供电可靠性,研究了交流侧不同接地方式下的故障特征及其对保护配置的影响。  [方法]  首先确定了两电平、模块化多电平等不同类型换流设备的交直流故障等效通路,从故障过压、过流水平及故障恢复等方面分析了不同接地方式下交直流不对称故障对保护配置的影响。随后从保护原理配置、定值整定、出口方式及配合原则等方面,给出了多端环形柔性直流配电网典型保护配置方案。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件下搭建了三端柔性直流配电网的电磁暂态模型。  [结果]  仿真结果表明:当交流侧采用高电阻接地方式时,通过合理的保护配置可提高交流不对称故障时系统的稳定性、实现直流不对称故障的零停电时间故障穿越。  [结论]  研究成果为多端柔性直流配电网的接地方式设计、保护配置研究提供了一定参考。     

海上风电嵌岩区风机基础比选原则及依据

  [目的]  随着海上风能的开发中心从江苏扩大至广东、福建等省份,海上风机基础的嵌岩问题已逐步成为海上风能开发中的核心问题,嵌岩区的风机基础造价严重制约着海上风电场的成本,因此海上风电嵌岩区的风机基础比选就显得尤为关键。  [方法]  讨论了几种风机基础的嵌岩施工工艺,探讨了嵌岩区海上风机基础的比选依据及原则,并对海上风电嵌岩问题的发展进行展望。  [结果]  研究表明:海上风电场嵌岩区域风机基础方案的比选原则应主要从结构安全性、施工可行性和经济性三个方面进行综合比选。在上述三个比选因素中,应首先满足结构安全性上的要求,在此基础上再满足施工可行性的要求,最后考虑经济性的影响。  [结论]  研究成果可为嵌岩区海上风电风机基础设计提供参考。     

智慧型海上风电场一体化监控系统方案设计

  [目的]  针对海上风电场的运行管理情况,整合了海上风电机组、海上升压站、陆上集控中心的监控系统,提出了全面的智慧型海上风电场一体化监控系统方案。  [方法]  方案分析了其体系架构、功能要求、数据处理以及安全分区,以实现风电场海上升压站无人值守,陆上集控中心少人运行的运营模式。方案有效地整合了风机监控、升压站监控、视频及环境监控、风电功率预测、海缆故障监测、设备状态监测等多个子系统。  [结果]  对海上风电场内各主要电气设备提供了完善的监控功能,可实现运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行管理、辅助功能这五大应用。  [结论]  方案可有效降低风电场运营成本,达到技术先进、功能完备、性能可靠、经济合理的智能化运营要求。     

海上风电机组塔架基础一体化设计

  [目的]  随着国家对于海上风电竞价上网指导意见的出台,降低开发成本的需求越来越迫切,急需通过技术创新降低成本。而海上塔架和基础的成本,显著影响着海上风电的平准化度电成本LCoE(Levelized Cost of Energy),直接决定着海上风电项目的竞争力。  [方法]  为了有效降低塔架基础的成本,文章提出了基于数字化云平台iDO(integrated Design Offshore)的一体化设计方法,对极端极限状态ULS工况下结构的静强度、疲劳极限状态FLS工况下结构的疲劳损伤进行了数值计算分析。为验证一体化设计方法在降低海上风电塔架基础成本的效果,文章针对两个实际工程项目,基于iDO云平台和传统分步迭代法SIA(Sequentially Iterated Approach)进行设计分析,对比ULS工况和FLS工况下的结构安全衡准指标。  [结果]  计算结果表明:ULS和FLS工况下,基于iDO云平台的一体化设计方法比SIA在结构强度、变形、疲劳损伤等指标有较大幅度下降,可显著优化塔架基础结构,降低结构重量,减小整个支撑结构成本,降低海上风电的LCoE。  [结论]  在实际海上风电工程项目应用中,基于iDO云平台的一体化设计方法可有效降低塔架基础结构成本,从而提高海上风电项目的竞争力,同时可对未来海上风电支撑结构优化设计提供借鉴。     

海上风电场运行期尾流损失分析

  [目的]  为了充分认识海上风电场运行过程中的尾流效应,对风电场布局设计中的模拟计算结果进行验证,探索海上风电场的风机尾流损失变化规律。  [方法]  以华南地区某海上风电场为测试场址,选用PARK模型进行尾流模拟计算,对模型中的参数进行优化并进行实际发电量验证。  [结果]  结果表明:PARK模型用于海上风电场尾流模拟可以基本反映风机实际发电情况;在某风向上风机间距为7D情况下,主风向尾流损失在第2排后的分布规律呈现较为稳定的状态,约为首台风机的30%。  [结论]  PARK尾流模型能够较好的模拟近海风电场尾流损失和进行发电量计算,模型参数选择应根据项目实际情况进行敏感性测算。     

海上风电场孤网状态下的备用柴油发电机方案研究

  [目的]  为保障海上风电场孤网状态下的安全可靠运行,对备用柴油发电机组的配置方案与运行方式进行了研究。  [方法]  通过对孤网状态下的电气负荷、无功过电压、短路电流、谐波及保护整定进行分析,来验证备用柴油发电机组配置方案的合理性。  [结果]  研究表明:在文章给定的案例下,配置额定容量为1.2 MW的备用柴油发电机及2 Mvar的电抗器时,在运行维护的工况下,一半风机接入孤网时可满足风机和海上升压站的负荷需求和电压要求,也满足35 kV海缆无功需求。同时,为了避免谐波谐振,不推荐孤网备用柴油发电机组为风机提供偏航电源。对于柴油发电机组升压变压器、海上升压站接地变兼站用变,推荐采用复压过流作为主保护。  [结论]  配置方案为研究海上风电场孤网运行方案提供了思路。     

大容量海上柔性直流换流站紧凑型布置研究

[目的]由于国外厂家的技术封锁,我国在大容量海上柔性直流输电技术的应用研究仍处于空白阶段.文章针对大容量海上柔性直流换流站提出了一种既满足工艺流程要求,又最大程度减少平台尺寸的紧凑型布置方案.[方法]根据功能定位和工作原理,可将换流站分为交流场、阀厅、桥臂电抗器区域、直流场和辅助房间五大区域.通过对各区域的布置原则研究...     

海上升压站平台不同标准对比研究

  [目的]  风能是近年来飞速发展的可再生能源。海上升压站是连接海上风场和陆上电网的关键设备,起着汇集和送出风场电能及抬升输电电压、降低输电损耗的作用。目前国内海上升压站的设计标准并没有做到系统化,存在多种规范共存的局面,有必要对各种标准进行对比研究。  [方法]  首先介绍了海洋平台分类、设计荷载分类,进而详细论述了不同国家海洋平台的设计工况与设计方法,最后对抗震相关的合理性进行了较为深入地对比分析。  [结果]  通过对不同标准的对比分析,目前存在ASD方法和LRFD方法共存的局面,中国海上升压站的设计选择了以LRFD方法为主的路线,随着中国海洋建设的蓬勃发展,也将推动海上升压站相关标准与已有GB的协调一致。  [结论]  本研究为标准的选择与合理应用提供了重要依据。