海上風(fēng)電輸電與并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

高垚

摘 要：風(fēng)力發(fā)電是新能源領(lǐng)域中最成熟的發(fā)電方式之一，相關(guān)行業(yè)也獲得了較快的發(fā)展。海上自身具有豐富的風(fēng)力資源特征，因此，關(guān)于海上風(fēng)電的輸入電能和并網(wǎng)問題逐漸成為風(fēng)電發(fā)展的主要研究方向，并引起了相關(guān)專業(yè)人士的關(guān)注和重視。對(duì)此，本文從海上風(fēng)電輸電與并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的角度出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行深入、詳細(xì)的探討，以便從中尋找更多新穎、高效的方法，從而推動(dòng)海上風(fēng)電相關(guān)電網(wǎng)行業(yè)持續(xù)不斷向前發(fā)展。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電；并網(wǎng)；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的消耗量也呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，以往石油、煤炭等相關(guān)資源的過度開發(fā)，使得人們不得不積極尋找、探索新能源。新能源種類非常多，如風(fēng)力資源具有綠色環(huán)保的重要作用，是一種可循環(huán)使用的能源，因此，風(fēng)力資源逐漸引起了相關(guān)部門的重視。近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電開始逐步向海上風(fēng)電這個(gè)方向發(fā)展。然而，我國(guó)海上風(fēng)電還處于發(fā)展階段，自身存在很多不足之處，需要對(duì)其進(jìn)行改善，尤其是海上風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，對(duì)整個(gè)海上風(fēng)電電網(wǎng)行業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展具有重要作用。

1 海上風(fēng)電相關(guān)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

實(shí)行大范圍海上風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)整個(gè)大電網(wǎng)的正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生很大影響。海上風(fēng)力資源非常豐富，自身具有不可控、不可調(diào)的原動(dòng)力，因此，海上風(fēng)電場(chǎng)輸出的有關(guān)電力帶有很大波動(dòng)性、缺乏一定的持續(xù)性，自身變化規(guī)律難以把握。當(dāng)海上風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)展到一定規(guī)模時(shí)，將會(huì)改變整個(gè)電網(wǎng)的區(qū)域分布，以往電網(wǎng)相關(guān)潮流控制將會(huì)產(chǎn)生重大變化，給電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來較大影響[1]。

2 海上風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和進(jìn)展

2.1 海上風(fēng)機(jī)相關(guān)故障穿越能力

海上風(fēng)電與火電、水電等其他電能存在很大差異，風(fēng)力資源自身大小不穩(wěn)定，自然性比較強(qiáng)，不受人們控制。在電網(wǎng)發(fā)生某些故障時(shí)，電網(wǎng)相關(guān)電壓值會(huì)下降，風(fēng)電機(jī)組卻不能有效做出反應(yīng)，如果繼續(xù)向外輸出電網(wǎng)功率，會(huì)產(chǎn)生較大震蕩，對(duì)電網(wǎng)和海上風(fēng)電場(chǎng)都會(huì)產(chǎn)生重大沖擊。假設(shè)風(fēng)電機(jī)組自身具有低電壓相關(guān)穿越功能，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)就會(huì)保持較長(zhǎng)一段時(shí)間低電壓輸出不脫離電網(wǎng)，在這段時(shí)間內(nèi)相關(guān)維護(hù)人員可以及時(shí)解決有關(guān)故障，使整個(gè)電網(wǎng)恢復(fù)正常工作，這對(duì)電網(wǎng)與風(fēng)機(jī)都是一種重要保護(hù)[2]。

2.2 海上風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)爬坡管控能力

海上風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)爬坡能力一般是指海上風(fēng)機(jī)依據(jù)電網(wǎng)有關(guān)調(diào)度指令發(fā)電出力。出力變化相關(guān)速度會(huì)低于一定的閾值。當(dāng)海上風(fēng)速高于切出的相關(guān)風(fēng)速時(shí)，海上風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)一定要保證不脫網(wǎng)，從而有效確?；痣姵Ｒ?guī)機(jī)組有一定的時(shí)間可以代替。關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的有關(guān)研究，國(guó)內(nèi)外都取得了巨大發(fā)展成就。例如，美國(guó)AWS公司研究開發(fā)了一套計(jì)算機(jī)相關(guān)系統(tǒng)來預(yù)測(cè)海上風(fēng)電相關(guān)爬坡，這個(gè)系統(tǒng)能夠有效預(yù)測(cè)海上風(fēng)電的爬坡概率、輸出的功率與海上風(fēng)速變化走勢(shì)圖，并且在很多地區(qū)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用，能夠提前4.5～6.5h預(yù)測(cè)出相關(guān)爬坡事件，但預(yù)測(cè)的精度還需要進(jìn)行改善。我國(guó)在風(fēng)電爬坡控制方面也取得了不小成就，在海上風(fēng)電爬坡控制中通過優(yōu)先級(jí)相關(guān)順序的協(xié)調(diào)，控制海上風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的相關(guān)風(fēng)機(jī)出力，不僅可以增強(qiáng)海上風(fēng)電場(chǎng)有功輸出的可協(xié)調(diào)能力，還能提高海上風(fēng)電場(chǎng)的爬坡控制相關(guān)能力。

2.3 海上風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)輸送方式

海上風(fēng)電并網(wǎng)輸送方式通常分為以下幾種：高壓交流相關(guān)輸電（HVAC）、高壓直流相關(guān)輸電HVDC、基于電壓源轉(zhuǎn)換流器的相關(guān)輕型高壓直流有關(guān)輸電技術(shù)（VSC-HVDC）。一般情況下，中小型的近海風(fēng)電場(chǎng)多數(shù)使用的是高壓交流相關(guān)輸電方式，至于那些處于深海的海上風(fēng)電場(chǎng)，其一般會(huì)使用高壓直流或者是電壓源轉(zhuǎn)換器。相較以往的高壓交流輸電，電壓源相關(guān)轉(zhuǎn)換流器具有很大優(yōu)勢(shì)。采用雙極進(jìn)行配置時(shí)，相關(guān)導(dǎo)線電纜數(shù)量將會(huì)由原先的3條減少至2條。VSC-HVDC技術(shù)通過使用電壓源相關(guān)變流器等相關(guān)直流換流有關(guān)裝置，把海上風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的一些交流系統(tǒng)和外部電網(wǎng)進(jìn)行有效區(qū)分，這樣就會(huì)減小海上風(fēng)電的隨機(jī)性、間歇性與波動(dòng)性對(duì)主電網(wǎng)的相關(guān)負(fù)面影響，在一定程度上對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)裝機(jī)容量也起到了一種限制作用。另外，這項(xiàng)技術(shù)還具有“組件化”的自由思想，后期擴(kuò)展會(huì)非常方便、快捷，同時(shí)能夠獨(dú)立擴(kuò)展海上風(fēng)電機(jī)組的無功功率與有功功率，在海上風(fēng)電發(fā)電與負(fù)荷進(jìn)行變化的情況下，在一定程度上能夠增強(qiáng)電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)還能消除塔影效應(yīng)帶來的電壓閃變，進(jìn)而改善電能的品質(zhì)[3]。

2.4 海上風(fēng)電場(chǎng)無功功率補(bǔ)償和自動(dòng)調(diào)節(jié)能力

其實(shí)，海上風(fēng)電場(chǎng)無功功率補(bǔ)償和自動(dòng)調(diào)節(jié)能力是VSC-HVDC輸電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，VSC-HVDC相關(guān)技術(shù)的核心部分是兩端的電壓源變流器。變流器不僅是能量轉(zhuǎn)換部件，還是一個(gè)綜合控制單元，在一定程度上能夠有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)端無功相關(guān)分量，起到一定的無功補(bǔ)償作用。VSC-HVDC自身具有高頻通斷相關(guān)功能，其開關(guān)器件是整個(gè)內(nèi)容中的關(guān)鍵部件，一般都會(huì)以脈寬進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，在高和低相關(guān)電平間上進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換產(chǎn)生交流電壓，通過使用交流低通相關(guān)濾波進(jìn)而得到基波電壓。通過使用脈寬相關(guān)調(diào)節(jié)技術(shù)，可隨時(shí)轉(zhuǎn)變交流輸出相關(guān)電壓的相位，最終實(shí)現(xiàn)有功功率與無功功率相關(guān)獨(dú)立調(diào)節(jié)，經(jīng)變流相關(guān)電路產(chǎn)生交流電壓歲控制器的變化進(jìn)行變化，具有很大靈活性。當(dāng)下對(duì)VSC-HVDC相關(guān)研究的主要側(cè)重點(diǎn)在于變流器相關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和均壓相關(guān)控制方法，最新變流器相關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多數(shù)采用多電平變流器。

3 結(jié)語

海上風(fēng)電并網(wǎng)是一種紛繁復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，一定要完善、優(yōu)化VSC-HVDC相關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提升海上風(fēng)電機(jī)組相關(guān)并網(wǎng)在線跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)水平。只有完善的智能電網(wǎng)才能有效突破海上風(fēng)電并網(wǎng)中產(chǎn)生的各種瓶頸，進(jìn)一步推動(dòng)海上風(fēng)電相關(guān)電網(wǎng)行業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定向前發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng).我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)送電系統(tǒng)與并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究取得重要進(jìn)展[J].浙江電力，2017（8）：122-123.

[2]沙志成，張丹，趙龍.大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)方式的研究[J].電力與能源，2017（2）：158-161.

[3]李童.VSC-HVDC技術(shù)在海洋風(fēng)能開發(fā)中的應(yīng)用[J].中國(guó)造船，2017（a01）：102-109.