海上风电输电与并网关键技术研究

高垚

摘 要：风力发电是新能源领域中最成熟的发电方式之一，相关行业也获得了较快的发展。海上自身具有丰富的风力资源特征，因此，关于海上风电的输入电能和并网问题逐渐成为风电发展的主要研究方向，并引起了相关专业人士的关注和重视。对此，本文从海上风电输电与并网关键技术的角度出发，对其进行深入、详细的探讨，以便从中寻找更多新颖、高效的方法，从而推动海上风电相关电网行业持续不断向前发展。

关键词：海上风电；并网；关键技术

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）19-0139-02

Research on Key Technologies of Offshore Wind Power

Transmission and Grid Connection

GAO Yao

（Fujian Zhongmin Offshore Wind Power Co.， Ltd.，Putian Fujian 351100）

Abstract： Wind power generation is one of the most mature power generation modes in the new energy field， and the related industries have also gained rapid development. The sea itself has rich characteristics of wind resources. Therefore， the problem of the input power and grid connection of the offshore wind power has gradually become the main research direction of the development of wind power， and it has aroused the concern and attention of the related professionals. From the point of view of the key technology of offshore wind power transmission and grid connection， this paper made a thorough and detailed discussion on it so as to find more novel and efficient methods， so as to promote the continuous development of the offshore wind power related power grid industry.

Keywords： offshore wind power；grid connection；key technologies

伴隨社会经济的快速发展，能源的消耗量也呈现出上升的趋势，以往石油、煤炭等相关资源的过度开发，使得人们不得不积极寻找、探索新能源。新能源种类非常多，如风力资源具有绿色环保的重要作用，是一种可循环使用的能源，因此，风力资源逐渐引起了相关部门的重视。近些年，随着科学技术的不断进步，风力发电开始逐步向海上风电这个方向发展。然而，我国海上风电还处于发展阶段，自身存在很多不足之处，需要对其进行改善，尤其是海上风电并网相关技术，对整个海上风电电网行业的长久发展具有重要作用。

1 海上风电相关并网对电网产生的影响

实行大范围海上风电并网对整个大电网的正常稳定运转会产生很大影响。海上风力资源非常丰富，自身具有不可控、不可调的原动力，因此，海上风电场输出的有关电力带有很大波动性、缺乏一定的持续性，自身变化规律难以把握。当海上风电并网发展到一定规模时，将会改变整个电网的区域分布，以往电网相关潮流控制将会产生重大变化，给电网的正常运转带来较大影响[1]。

2 海上风电并网相关技术和进展

2.1 海上风机相关故障穿越能力

海上风电与火电、水电等其他电能存在很大差异，风力资源自身大小不稳定，自然性比较强，不受人们控制。在电网发生某些故障时，电网相关电压值会下降，风电机组却不能有效做出反应，如果继续向外输出电网功率，会产生较大震荡，对电网和海上风电场都会产生重大冲击。假设风电机组自身具有低电压相关穿越功能，在电网出现故障时就会保持较长一段时间低电压输出不脱离电网，在这段时间内相关维护人员可以及时解决有关故障，使整个电网恢复正常工作，这对电网与风机都是一种重要保护[2]。

2.2 海上风电场相关爬坡管控能力

海上风电场相关爬坡能力一般是指海上风机依据电网有关调度指令发电出力。出力变化相关速度会低于一定的阈值。当海上风速高于切出的相关风速时，海上风场风机一定要保证不脱网，从而有效确保火电常规机组有一定的时间可以代替。关于这项技术的有关研究，国内外都取得了巨大发展成就。例如，美国AWS公司研究开发了一套计算机相关系统来预测海上风电相关爬坡，这个系统能够有效预测海上风电的爬坡概率、输出的功率与海上风速变化走势图，并且在很多地区已经开始广泛应用，能够提前4.5～6.5h预测出相关爬坡事件，但预测的精度还需要进行改善。我国在风电爬坡控制方面也取得了不小成就，在海上风电爬坡控制中通过优先级相关顺序的协调，控制海上风电场内的相关风机出力，不仅可以增强海上风电场有功输出的可协调能力，还能提高海上风电场的爬坡控制相关能力。

2.3 海上风电并网相关输送方式

海上风电并网输送方式通常分为以下几种：高压交流相关输电（HVAC）、高压直流相关输电HVDC、基于电压源转换流器的相关轻型高压直流有关输电技术（VSC-HVDC）。一般情况下，中小型的近海风电场多数使用的是高压交流相关输电方式，至于那些处于深海的海上风电场，其一般会使用高压直流或者是电压源转换器。相较以往的高压交流输电，电压源相关转换流器具有很大优势。采用双极进行配置时，相关导线电缆数量将会由原先的3条减少至2条。VSC-HVDC技术通过使用电压源相关变流器等相关直流换流有关装置，把海上风电场内部的一些交流系统和外部电网进行有效区分，这样就会减小海上风电的随机性、间歇性与波动性对主电网的相关负面影响，在一定程度上对海上风电场相关装机容量也起到了一种限制作用。另外，这项技术还具有“组件化”的自由思想，后期扩展会非常方便、快捷，同时能够独立扩展海上风电机组的无功功率与有功功率，在海上风电发电与负荷进行变化的情况下，在一定程度上能够增强电网的可靠性和稳定性，同时还能消除塔影效应带来的电压闪变，进而改善电能的品质[3]。

2.4 海上风电场无功功率补偿和自动调节能力

其实，海上风电场无功功率补偿和自动调节能力是VSC-HVDC输电技术的优势，VSC-HVDC相关技术的核心部分是两端的电压源变流器。变流器不仅是能量转换部件，还是一个综合控制单元，在一定程度上能够有效调节电网端无功相关分量，起到一定的无功补偿作用。VSC-HVDC自身具有高频通断相关功能，其开关器件是整个内容中的关键部件，一般都会以脉宽进行调节控制，在高和低相关电平间上进行快速转换产生交流电压，通过使用交流低通相关滤波进而得到基波电压。通过使用脉宽相关调节技术，可随时转变交流输出相关电压的相位，最终实现有功功率与无功功率相关独立调节，经变流相关电路产生交流电压岁控制器的变化进行变化，具有很大灵活性。当下对VSC-HVDC相关研究的主要侧重点在于变流器相关拓扑结构设计和均压相关控制方法，最新变流器相关拓扑结构多数采用多电平变流器。

3 结语

海上风电并网是一种纷繁复杂的系统性工程，一定要完善、优化VSC-HVDC相关拓扑结构，提升海上风电机组相关并网在线跟踪监测系统技术水平。只有完善的智能电网才能有效突破海上风电并网中产生的各种瓶颈，进一步推动海上风电相关电网行业持续、稳定向前发展。

参考文献：

[1]北极星风力发电网.我国海上风电场送电系统与并网关键技术研究取得重要进展[J].浙江电力，2017（8）：122-123.

[2]沙志成，张丹，赵龙.大规模海上风电并网方式的研究[J].电力与能源，2017（2）：158-161.

[3]李童.VSC-HVDC技术在海洋风能开发中的应用[J].中国造船，2017（a01）：102-109.