（国电投前詹港电有限公司 515200）
摘要：风能是我国目前主要发展的新能源项目之一，可有效缓解传统发电技术所带来的高能耗、高污染等问题，对我国社会经济的发展有重要的推动作用。我国具有丰富的海上风能资源，给海上风电输电与并网技术的发展提供了有利的条件。需要相关人员加大技术研究力度，为海上风能输电与并网的发展提供技术保障。本文主要针对大规模海上风电输电与并网关键技术进行简要研讨，仅供参考。
关键词：大规模；海上风电；输电；并网；关键技术
在科学技术的推动下，我国的风能发电技术取得了显著的成绩，推动了风电产业的发展。虽然陆地风电事业发展较快，但受风能资源以及土地的限制比较强，其市场已基本饱和，使人们将注意力转向海上发电。我国拥有辽阔的海域以及漫长的海岸线，其海上风能资源十分丰富，具备广阔的发展前景。与陆地风力发电相比，海上风力发电具备较强的优势。例如，摆脱了空间的限制，可以使用大型号的发电机组，可有效增加发电量，满足更多用户的用电需求，从而实现经济效益和社会效益。另外，也存在一些不足之处，海上条件要更复杂、更危险，在无形中提高了施工难度，大量增加工程造价。同时，将风电大规模并网，会因为输电质量问题而影响电力系统的安全性，对电力企业的发展会造成影响。
1海上风电输电技术
1.1海上风电交流故障穿越技术
基于交流输电系统的海上风电故障穿越技术可分为低电压穿越和高电压穿越。目前国标GB/T19963—2011对风电场的低压穿越技术要求做出了规定，但对风电场高电压穿越，国内还没有相关的运行标准。总的来说，当电网电压故障程度较轻时，可通过改进风机变流器的控制策略实现不脱网运行；当电网故障程度较重时，可通过增加辅助的硬件设备（如Crowbar、Chopper等）与改进控制策略相结合的方式实现风电机组的故障穿越。对于风电场的故障穿越，相关文献进行了详细的梳理与总结，这里不再赘述。在海上风电穿透功率逐渐增大的背景下，风机自身及相关设备的控制及其与系统之间的相互影响等方面的相关研究还有待进一步深入。
1.2海上风电直流故障穿越技术
基于VSC-HVDC联网的海上风电场的故障穿越方法大致可分为2种：一种是附加直流耗能电阻；另一种是通过直接控制风电机组或调节风电场电压和频率的方式降低风电场出力，实现故障穿越。可采用在直流线路上投入耗能装置的方式消耗过多的能量，保证系统中流入和流出的能量均衡，但由于该方案需要额外配置开关器件和耗能电阻，增加了系统成本。为了不增加硬件投资，降低风电场交流电压和改变风电场频率两种协同控制策略。其中降低交流电压响应速度快，但可能会触发保护，影响风电场正常运行；而改变风电场频率需对风电场中风机原有的运行策略进行调整，且响应速度较慢，不适合低电压穿越场合。随着海上风电场规模的不断增大，MMC输电技术将更适用于这种大输送容量的场合。如果MMC采用半桥结构，由于故障电流会通过半桥中的反并联二极管流通，因此它没有故障电流阻断能力。采用半桥加全桥子模块混合式MMC在不闭锁的情况下穿越直流短路故障的控制策略，但主要应用于连接稳定大电网的场合，未涉及海上风电场并网过程中协同控制问题，且全桥子模块的使用增加了系统的成本。在允许的风电机组转速和直流电压变化范围内，通过改变海上风电场频率及一系列协调控制增加系统惯量。但该方案响应速度较慢，在有功功率降低到0之前子模块电压即发生严重过压。利用子模块电容储能模拟传统发电机的惯量时间常数，但目前工程上子模块电容不能提供足够的电能存储容量，故该策略所提供的惯量有限。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2海上风电并网的技术
在全面评估海上风电并网对电网影响的基础上，一个运行良好的海上风电场要与大电网联接，必须采用以下关键技术：
2.1风机的故障穿越能力
风机的故障穿越能力，尤其是低电压穿越能力。与火电或水电不同，风的大小是不稳定的，不受人控制的，尤其是海上风能。因此风力发电机组多是异步或永磁式，无励磁调节系统。在电网出现故障的时候电网电压值会下降，此时风电机组不能及时做出反应，而继续向外输出功率，会引起振荡，直至跳闸停机保护，对电网和风电场都造成冲击。如果风电机组具备低电压穿越功能，就可以在电网故障时保持一段时间的低压输出而不脱网，在此期间电网解决故障并恢复正常，风机即可恢复正常工作，这对电网和风机都是一种保护。对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省（区域）级电网，该电网区域内运行的风电场应具有低电压穿越能力。
2.2风电场的爬坡控制能力
海上风电场爬坡能力是指海上风机能根据电网调度指令调节发电出力，并且出力变化速度低于一定阈值。另外，在风速高于切出风速时，同一海上风场风机不能同时脱网，以保证火电等常规机组有一定时间替代之。在该项技术的研发方面，国内外取得了不少研究成果。在风电爬坡有限控制研究方面也有不少成果，采用一种基于优先级顺序的协调策略以控制风电场内的风机出力，既增强了风电场有功输出的可控可调能力，又改善了风场的爬坡控制能力。为抑制爬坡率，提出一种风储联合控制方法，该方法结合弃风和储能手段，以风电场运营成本为最小化目标函数，利用有功功率输出的预测数据进行滚动优化控制，确保爬坡率抑制在国家风电并网标准中的相关要求值以内。
2.3海上风电并网的输送方式
海上风电并网的输送方式可分为3大类：高压交流输电（HVAC）、高压直流输电（HVDC）和基于电压源换流器的轻型高压直流输电技术（VSCHVDC）。小型的近海风电场，一般采用技术成熟、成本较低的HVAC方式。其由以下几部分组成：①交流集电线路；②海上升压站和无功补偿设备；③三芯ＸＬＰＥ交联海底电缆；④陆上变电站和无功补偿设备。对于离岸较远的海上风电场，宜HVDC或VSC-HVDC方式。相对于传统的HVAC，VSC-HVDC具有明显优势：一是直流输电没有对地电容造成的输电距离限制；二是采用双极配置时，导线（电缆）数由3条减为2条；三是VSC-HVDC技术利用电压源变流器等直流换流装置将风电场内部交流系统与外部大电网有效地隔离开，这样海上风电的强随机性、高间歇性和大波动性对主网的负面影响就减轻到最小程度，从而也放松了对海上风电场装机容量的限制。
结语
目前，全球风电呈现出大规模基地式开发、大范围消纳与分布式开发、就地利用并行发展的态势。全球风电基地分布不均衡，大多远离电力负荷中心，相距数百到数千公里，大规模间歇性、波动性风电接入电网，对未来电网的安全稳定运行会产生重要影响，高比例风电并网及运行控制将成为未来必须解决的关键问题，需要加强大规模风电并网接入系统、并网试验与检测、资源评估与功率预测、集群控制方面的标准化工作。通过制定相关的技术标准，规范风电并网特性并大幅提升其对系统的友好性和主动支撑能力。
参考文献：
[1]窦锦柱．海上风力发电系统并网智能控制器研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013．
[2]傅晓帆，周克亮．近海风电场用多端口VSCHVDC系统的无差拍协同控制策略[J]．电工技术学报，2016，（7）：51-59．
[3]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，2017，36（8）：122-123.
[4]唐洪良.海上风电并网的关键技术与最新进展[C]//中国电工技术学会学术年会——新能源发电技术论坛论文集.2013：928-932.
论文作者:夏林丰
论文发表刊物:《河南电力》2018年9期
论文发表时间:2018/10/19
标签：海上论文; 风电论文; 电网论文; 风电场论文; 故障论文; 电压论文; 风机论文; 《河南电力》2018年9期论文;