海上风电场直流电力汇聚与接入

风电场电气系统课程设计报告

风能与动力工程专业风电场电气系统课程设计报告题目名称：48MW(35/110KV升压站)风电场电气一次系统初步设计指导教师：贾振国学生姓名：班级：设计日期：2014年07月能源动力工程学院

课程设计成绩考核表

摘要根据设计任务书的要求及结合工程实际,本次设计为48MW风电场升压变电站电气部分设计。本期按发电机单台容量2000kW计算，装设风力发电机组24台。每台风力发电机接一台2000kVA升压变压器，将机端690V电压升至35kV 并接入35kV集电线路，经3回35kV架空线路送至风电场110kV升压站。变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按一定顺序连接而成的,电气主接线的不同形式，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响。本文是小组成员的配合下和老师的指导下完成的，虽然时间很短，没有设计出特别完整的成果，可是我们学会了如何查找对自己有用的资料，如何设计一个完整的风电场电气系统。并且我们设计出了三张图，包括风机与箱式变电站接线图、35KV风电场集电线路接线图、110KV变电所电气主接线图,在这里感谢小组成员们的辛勤付出和贾老师的耐心指导。关键词：主接线电气设备配电装置架空线路防雷与接地

Abstract According to the requirements of the design task and combined with the engineering practice, the design is part of the 48MW wind power booster substation electrical design. This period in accordance with the generator unit capacity of 2000kW calculation, installation of 24 wind turbine units. Each wind generator with a 2000kV A step-up transformer, the terminal 690V voltage to 35kV and access 35kV integrated circuit, the 3 35kV overhead transmission line to the wind farm 110kV booster station. Substation is an important part of power system, which directly affects the safety and economic operation of the whole power system, is the intermediate link between power plants and users, plays a role in transformation and distribution of electricity. The main electrical wiring is composed of a transformer, circuit breaker, isolating switch, transformer, bus, surge arresters and other electrical equipment according to a certain order which is formed by the connection of different form, the main electrical wiring, directly affect the operation reliability,flexibility, and the choice of electrical equipment, power distribution equipment arrangement, relay protection and control to have a decisive impact. This paper is combined with team members and under the guidance of teachers completed, although time is very short, no design particularly integrity achievements, but we learned how to find useful on its own data, how to design a complete wind farm electrical system. And we designed the three pictures, including fans and box type substation wiring diagram, 35KV wind farm set wiring diagram of an electric circuit, 110KV substation main electrical wiring diagram.Thanks to the team members to work hard and Jia teacher's patient instructions here. Key word：The main wiring Electrical equipment Distribution device Overhead line Lightning protection and grounding

海上风电直流输电的控制策略探索

海上风电直流输电的控制策略探索发表时间：2018-12-21T10:17:41.000Z 来源：《电力设备》2018年第23期作者：王赫楠[导读] 摘要：当前，电压源型高压直流输电技术，即VSC-HVDC技术在海上风电领域得到了日渐广泛的应用。（华电重工股份有限公司天津分公司 300010）摘要：当前，电压源型高压直流输电技术，即VSC-HVDC技术在海上风电领域得到了日渐广泛的应用。海上风电直流输电，是基于高压直流相应的传输结构，借助交流汇聚，对通过变压器的电流进行升压处理，再借助海上换流站对之进行直流转换，并对岸上换流站进行传输，完成电能变化后，对电网进行输入。本文浅析了VSC-HVDC系统原理与数学模型，探究了VSC-HVDC系统控制特性及控制器设计，以期为海上风电直流输电控制策略提供借鉴。关键词：海上风电；直流输电；控制策略在海上风电并网中，相对于直流输电的传统技术，VSC-HVDC技术具有更强的可靠性和灵活性，但该技术的运行控制呈现出较强的复杂性。当前，VSC-HVDC技术系统主要对PI控制方式进行采用，能促进电力系统有效提升其运行性能。若系统运行状态出现变化，将大幅度削弱PI控制器实际控制效果。对此，有必要借助先进性较强的控制技术，促进控制器增强其控制性能。一、VSC-HVDC系统原理与数学模型环境因素对海上风力发电产生的影响相对较小。同时，海上风力发电具有丰富的风能资源，在近年来取得了巨大的发展成就。海上风电场与海岸距离越大，其风速也相应越大，且风力较为稳定。海上风电场具有更高的输出功率，且稳定性良好。在各类远距离输电方式中，相对于交流输电，高压直流输电更为经济可靠，且具有更强的稳定性[1]。因此，电压源型高压直流输电技术在海上风电中的应用日渐广泛。为加强对海上风电直流输电的有效控制，必须深入理解并全面掌握VSC-HVDC系统原理和数学模型。 1、VSC-HVDC系统原理 VSC-HVDC技术基于全控型功率器件的直流输电技术，该技术以各类可关断器件诸如IGBT、GTO等为特征，并对脉宽调制技术以及电压源控制器进行采用，该技术的优势在于独立调整功率[2]。该技术对电压源控制器进行使用，能将高压直流输电相应优势对配电网进行扩展，促进了HVDC实际应用范围的有效拓宽，在海上风电系统中的应用日益增多[3]。 2、VSC-HVDC数学模型以VSC-HVDC为基础的高压直流输电系统模型，其整流侧以及逆变侧相应的VSC均对PWM方式进行采用，并实施调制，且二者的拓扑结构相同。为对直流输电系统实际运行状况进行有效改善，并确保输电系统在故障及干扰状态下，保持运行稳定，要对电压源换流器具备的快速调节这一特性进行有效利用。在运行实际过程中，对VSC- HVDC系统中相应的电压换流器进行操作，对交流系统增加其振荡阻尼，并对控制器进行合理设置，增强输电系统的稳定运行[5]。直流输电线路相应的电流动态微分如下式（3）方程所示：（3）

GBT 19963 风电场接入电力系统技术规定--报批稿

ICS 中华人民共和国国家标准风电场接入电力系统技术规定 Technical rule for connecting wind farm to power system 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布

GB/T 19963—200 目次前言...................................................................................................................................................................... I I 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 4 风电场送出线路 (2) 5 风电场有功功率 (2) 6 风电场功率预测 (3) 7 风电场无功容量 (3) 8 风电场电压控制 (3) 9 风电场低电压穿越 (4) 10 风电场运行适应性 (5) 11 风电场电能质量 (6) 12 风电场仿真模型和参数 (6) 13 风电场二次系统 (6) 14 风电场接入系统测试 (7) 参考文献 (9) I

GB/T 19963—200 II 前言本标准根据国家标准化管理委员会下达的国标委综合【2009】93号《2009年第二批国家标准计划项目》标准计划修订。本标准与能源行业标准《大型风电场并网设计技术规范》共同规定了风电场并网的相关技术要求，能源行业标准规定了大型风电场并网的设计技术要求，本标准规定了风电场并网的通用技术要求。本标准规定了对通过110（66）kV及以上电压等级线路与电力系统连接的新建或扩建风电场的技术要求。本标准由全国电力监管标准化技术委员会提出并归口。本标准主要起草单位：中国电力科学研究院。本标准参加编写单位：龙源电力集团股份有限公司、南方电网科学研究院有限责任公司、中国电力工程顾问集团公司。本标准主要起草人：王伟胜、迟永宁、戴慧珠、赵海翔、石文辉、李琰、李庆、张博、范子超、陆志刚、胡玉峰、陈建斌、张琳、韩小琪。

风电接入电网技术规定

风电场接入电网技术规定 1、风电场有功功率 1.1 基本要求风电场具有功功率调节能力，并能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对风电场有功功率的控制，风电场需安装有功功率控制系统，能够接收并自动执行调度部门远方发送的有功出力控制信号，确保风电场最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。 1.2 最大功率变化率风电场应限制输出功率的变化率。最大功率变化率包括1min功率变化率和10min功率变化率，具体限值可参照表1。表1 风电场最大功率变化率推荐值在风电场并网以及风速增长过程中，风电场功率变化率应当满足此要求。这也适用于风电场的正常停机，但可以接受因风速降低（或超出最大风速）而引起的超出最大变化率的情况。风电场最大功率变化率的确定也可根据风电场所接入系统的状况、其他电源的调节特性、风电机组运行特性等，由电网运营企业和风电场开发运营企业共同确定。 1.3 紧急控制在电网紧急情况下，风电场应根据电网调度部门的指令来控制其输出的有功功率，并保证风电场有功控制系统的快速性和可靠性。 a) 电网故障或特殊运行方式下要求降低风电场有功功率，以防止输电设备

发生过载，确保电力系统稳定性。 b) 当电网频率高于50.5Hz时，依据电网调度部门指令降低风电场有功功率，严重情况下可以切除整个风电场。 c) 在事故情况下，若风电场的运行危及电网安全稳定，电网调度部门有权暂时将风电场解列。事故处理完毕，电网恢复正常运行状态后，应尽快恢复风电场的并网运行。 2、风电场无功功率 2.1 无功电源 a) 风电场应具备协调控制机组和无功补偿装置的能力，能够自动快速调整无功总功率。风电场的无功电源包括风电机组和风电场的无功补偿装置。首先充分利用风电机组的无功容量及其调节能力，仅靠风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要的，在风电场集中加装无功补偿装置。 b) 风电场无功补偿装置能够实现动态的连续调节以控制并网点电压，其调节速度应能满足电网电压调节的要求。 2.2 无功容量 a) 风电场在任何运行方式下，应保证其无功功率有一定的调节容量，该容量为风电场额定运行时功率因数0.98（超前）～0.98（滞后）所确定的无功功率容量范围，风电场的无功功率能实现动态连续调节，保证风电场具有在系统事故情况下能够调节并网点电压恢复至正常水平的足够无功容量。 b) 百万千瓦级及以上风电基地，其单个风电场无功功率调节容量为风电场额定运行时功率因数0.97（超前）～0.97（滞后）所确定的无功功率容量范围。 c) 通过风电汇集升压站接入公共电网的风电场，其配置的容性无功补偿容量能够补偿风电场满发时送出线路上的无功损耗；其配置的感性无功补偿容量能够补偿风电场空载时送出线路上的充电无功功率。 d) 风电场无功容量范围在满足上述要求下可结合每个风电场实际接入情况通过风电场接入电网专题研究来确定。 3、风电场电压范围

11-第11章-《风电场接入系统》

第11章 1、【风电场接入系统】是保证风电场正常运行，通过【电网】向终端用户输送电能的重要环节。 2、电力系统是一个包括【发电】、【输电】、【配电】、【变电】、【用电】等环节的非常复杂的动态系统。 3、与电力系统相关的概念还有【“电力网”】和【“动力系统”】。 4、电能生产必须与【消费】保持平衡。 5、电能的【集中开发】与【分散使用】，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，对电力系统的结构和运行带来了极大的约束。 6、电力系统的主体结构由【电源】、【电力网络】和【负荷中心】组成。 7、电力网络由【电源的升压变电站】、【输电线路】、【负荷中心变电所】、【配电线路】等构成。 8、电力系统中千千万万个网络节点交织密布，【有功潮流】、【无功潮流】、【高次谐波】、【负序电流】等以光速在全系统内传播。 9、总装机容量----指系统中实际安装的发电机【额定容量】的总和。 10、总装机容量以【千瓦(kW)】、【兆瓦（MW）】、【吉瓦（GW)】为单位计。 11、年发电量----指系统中所有发电机组全年【实际发出电能】的总和。 12、年发电量以【千瓦时(kW·h)】、【兆瓦时（MW·h）】、【吉瓦时（GW·h)】为单位计。 13、最大（小）负荷----指规定时间内，电力系统【总有功功率负荷】的最大值（最小值。） 14、【输电电压的高低】是输电技术发展水平的主要标志。 15、世界各国常用的输电电压有【220kV】及以下的高压输电，【330-765kV】的超高压输电、【1000kV】及以上的特高压输电。 16、配电系统由【配电变电所】、【髙压配电线路】、【配电变压器】、【低压配电线路】以及相应的控制保护设备组成。 17、【3kV】电压等级系统只限于工业企业内部用。 18、【220kV】及以上电压等级系统多用于大电力系统主干线。 19、只有负荷中心【高压电动机】比重很大时，才考虑以6kV配电方案。 20、交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的【平均值】叫有功功率，它是指在电路中【电阻部分】消耗的功率。 21、发电机【有功功率供应】与【负荷需求】不匹配时，发电机的【转子转速】会发生变化，脱离【同步转速】，因此系统的【频率】会发生变化。 22、为建立【交变磁场】和【感应磁通】而需要的电功率称为无功功率。 23、潮流计算是研究【电力系统稳态】运行情况的一种基本电气计算。 24、潮流计算的结果是电力系统【稳定计算】和【故障分析】的基础。 25、暂态过程分两种，【机电暂态】和【电磁暂态】。 26、机电暂态过程主要是由于【机械转矩】和【电磁转矩（或功率）】之间的不

风电场接入电力系统技术规定

《风电场接入电力系统技术规定》全文所属分类: 新闻资讯来源: 国家标准化管理委员会更新日期: 2012-09-20 前言本标准根据国家标准化管理委员会下达的国标委综合【2009】93号《2009年第二批国家标准计划项目》标准计划修订。本标准与能源行业标准《大型风电场并网设计技术规范》共同规定了风电场并网的相关技术要求，能源行业标准规定了大型风电场并网的设计技术要求，本标准规定了风电场并网的通用技术要求。本标准规定了对通过110(66)kV及以上电压等级线路与电力系统连接的新建或扩建风电场的技术要求。本标准实施后代替GB/Z 19963-2005。本标准由全国电力监管标准化技术委员会提出并归口。本标准主要起草单位：中国电力科学研究院。本标准参加编写单位：龙源电力集团股份有限公司，南方电网技术研究中心，中国电力工程顾问集团公司。本标准主要起草人：王伟胜，迟永宁，戴慧珠，赵海翔，石文辉，李琰，李庆，张博，范子超，陆志刚，胡玉峰，陈建斌，张琳，韩小琪。风电场接入电力系统技术规定 1 范围本标准规定了风电场接入电力系统的技术要求。本标准适用于通过110(66)kV及以上电压等级线路与电力系统连接的新建或扩建风电场。对于通过其他电压等级与电力系统连接的风电场，可参照执行。 2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T 12325-2008 电能质量供电电压偏差 GB/T 12326-2008 电能质量电压波动和闪变 GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波 GB/T 15945-2008 电能质量电力系统频率偏差 GB/T 15543-2008 电能质量三相电压不平衡 GB/T 20320-2006 风力发电机组电能质量测量和评估方法 DL 755-2001 电力系统安全稳定导则 DL/T 1040-2007 电网运行准则 SD 325-1989 电力系统电压和无功电力技术导则 3 术语和定义下列术语和定义适应于本文件。 4、风电机组wind turbine generator system; WTGS 将风的动能转换为电能的系统。

国家电网风电场接入电网技术规定(试行)

（2）在研究电网接纳风电的能力时，必须考虑下列影响因素： a）电网规模 b）电网中不同类型电源的比例及其调节特性 c）负荷水平及其变化特性 d）风电场的地域分布、可预测性与可控制性（3）在进行风电场可行性研究和接入系统设计时，应充分考虑电网接纳风电能力专题研究的结论。为便于运行管理和控制，简化系统接线，风电场到系统第一落点送出线路可不必满足“N－1”要求。 4 风电场有功功率（1）基本要求在下列特定情况下，风电场应根据电力调度部门的指令来控制其输出的有功功率。 1）电网故障或特殊运行方式下要求降低风电场有功功率，以防止输电线路发生过载，确保电力系统稳定性。 2）当电网频率过高时，如果常规调频电厂容量不足，可降低风电场有功功率。（2）最大功率变化率最大功率变化率包括1min功率变化率和10min功率变化率，具体限值可参照表1，也可根据风电场所接入系统的电网状况、风力发电机组运行特性及其技术性能指标等，由电网运营企业和风电场开发运营企业共同确定。表1 风电场最大功率变化率推荐值

海上风电并网关键技术及标准研究分析

我国海上风能资源丰富、利用小时数高，近海可开发量超过7.5亿千瓦。陆上风电开发放缓，海上风电将在我国清洁能源开发中扮演愈发重要的角色。课题名称：海上风电场送电系统与并网关键技术研究及应用（2013AA050601）所属项目：国家863计划 “先进能源” 技术领域海上风电电力输送、施工和浮动式基础关键技术研究与示范。起止时间：2013年02月28日-2017年02月27日课题总体目标：掌握海上风电场汇集与并网系统优化设计及运行控制关键技术，建设用于海上风电场集电及送出系统的海缆过电压和保护试验平台，开发出具有自主知识产权的海上风电功率预测、远程集群控制和安全防御系统，并实现示范应用。

高压交流海缆电容效应明显，多无功源协调控制复杂，电压精准控制难。研究海上风电场复杂电气环境下的无功/电压分布特征，以电压波动最小和场内有功损耗最小为两阶段控制的优化目标，制定基于预决策+再决策相结合的无功电压精准控制策略，实现运行电压控制精度提高，平均网损降低30%。（1）海上风电场无功电压精准控制 LC αω=211 cos U k l U α== 首端末端

通过协调分配各台风电机组和动态无功容量，优先发挥风电机组无功调节能力，提出基于场内多无功源的机/场双层无功协调故障穿越控制策略，故障期间提高了暂态支撑能力，故障切除后过电压得到有效抑制。（2）海上风电场分层自治的故障穿越控制技术故障期间：低电压穿越机组层：退出crowbar，转子电流 P、Q分量协调控制场站层：STATCOM和机组无功协调分配故障切除后：高电压穿越 STATCOM输出感性无功，平衡过剩无功。

参考-风电接入电网技术规定

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1.1基本要求风电场具有功功率调节能力，并能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对风电场有功功率的控制，风电场需安装有功功率控制系统，能够接收并自动执行调度部门远方发送的有功出力控制信号，确保风电场最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。1.2最大功率变化率风电场应限制输出功率的变化率。最大功率变化率包括1min功率变化率和10min功率变化率，具体限值可参照表1。表1风电场最大功率变化率推荐值风电场装机容量(MW)10min最大变化量(MW)1min最大变化量(MW)3020630-150装机容量/1.5装机容量/515010030在风电场并网以及风速增长过程中，风电场功率变化率应当满足此要求。这也适用于风电场的正常停机，但可以接受因风速降低（或超出最大风速）而引起的超出最大变化率的情况。风电场最大功率变化率的确定也可根据风电场所接入系统的状况、其他电源的调节特性、风电机组运行特性等，由电网运营企业和风电场开发运营企业共同确定。1.3紧急控制在电网紧急情况下，风电场应根据电网调度部门的指令来控制其输出的有功功率，并保证风电场有功控制系统的快速性和可靠性。a)电网故障或特殊运行方式下要求降低风电场有功功率，以防止输电设备发生过载，确保电力系统稳定性。b)当电网频率高于50.5Hz时，依据电网调度部门指令降低风电场有功功率，严重情况下可以切除整个风电场。 c)在事故情况下，若风电场的运行危及电网安全稳定，电网调度部门有权暂时将风电场解列。事故处理完毕，电网恢复正常运行状态后，应尽快恢复风电场的并网运行。、风电场无功功率2.1无功电源a)风

GBT_19963-2011风电场接入电力系统技术规定

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重磅!国内最大的海上风电项目将在我市沿海全面建成

重磅！国内最大的海上风电项目将在我市沿海全面建成！鲁能东台海上风电项目自去年底首批机组并网发电以来，不断加快风机安装速度，从基础桩的施工，风机的吊装，到并网发电前的检测调试，各班组套搭进行，目前整个项目进展顺利，预计9月份将全面竣工投入运行。在鲁能东台海上风电场项目的陆上集控中心，这里有我国单位容量最大、离岸距离最远、电压等级最高、海况最复杂的海上风电项目。这个项目的50台风机已经有26台并网发电，每个月的发电量达到了2400多万度。鲁能东台海上风电项目位于东沙沙洲东南部，场区中心离岸距离36公里，总装机容量200兆瓦，共布置50台4兆瓦风机、一座220千伏海上升压站和一座陆上集控中心。该项目于2016年4月开工建设，当年12月首批机组并网发电，创造了“当年开工、当年并网发电”的海上风电建设新速度。我国海上风电项目还处于起步阶段，鲁能东台项目在国内在建海上风电项目中单体容量最大，自重达2300吨的220千伏海上升压站也是目前国内电压等级最高，项目在施工过程中遇到的困难也是前所未遇。跟随记者来到位于集控中心二楼的中控室，通过记者身后的大屏，可以清楚的看到海上升压站以及海上风机的一些基本运行情况。就像我们人类的大脑一样，负责控制和维

护整个风电项目的正常运行。集控中心是整个项目的中枢神经，可实现对海上风机、升压站、220KV海缆远程实时监控，在国内海上风电领域，设备集成度高、技术超前、科技含量高，具有一定的引领和示范效应。项目运行过程中出现的许多隐患都是在这里被及时发现并解决的。在抓好并网机组运行的同时，鲁能公司抢抓施工有利条件，推进在建项目建设。目前已完成42台桩基施工，27台风机吊装，其中26台已经并网发电，预计9月底可实现50台风机全部并网发电。鲁能东台海上风电场场长裴波告诉记者，项目建成后，年上网电量将达到亿度，等效满负荷小时数2642小时，年营业收入达亿元，年可节约标准煤万吨。

国家电网风电场接入电网技术规定

国家电网风电场接入电网技术规定（试行） 1范围本规定提出了风电场接入电网的技术要求。本规定适用于国家电网公司经营区域内通过110（66）千伏及以上电压等级与电网连接的新建或扩建风电场。对于通过其他电压等级与电网连接的风电场，也可参照本规定。 2规范性引用文件下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规定；凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用范围于本规定。 GB 12326－2000 电能质量电压波动和闪变 GB／T 14549－1993 电能质量公用电网谐波 GB／T 12325－2003 电能质量供电电压允许偏差 GB／T 15945－1995 电能质量电力系统频率允许偏差 DL 755－2001 电力系统安全稳定导则 SD 325－1989 电力系统电压和无功技术导则国务院令第115号电网调度管理条例（1993） 3 电网接纳风电能力（1）风电场宜以分散方式接入系统。在风电场接入系统设计之前，要根据地区风电发展规划，对该地区电网接纳风电能力进行专题研究，使风电开发与电网建设协调发展。（2）在研究电网接纳风电的能力时，必须考虑下列影响因素： a）电网规模 b）电网中不同类型电源的比例及其调节特性 c）负荷水平及其变化特性 d）风电场的地域分布、可预测性与可控制性（3）在进行风电场可行性研究和接入系统设计时，应充分考虑电网接纳风电能力专题研究的结论。为便于运行管理和控制，简化系统接线，风电场到系统第一落点送出线路可不必满足“N－1”要求。 4 风电场有功功率（1）基本要求在下列特定情况下，风电场应根据电力调度部门的指令来控制其输出的有功功率。 1）电网故障或特殊运行方式下要求降低风电场有功功率，以防止输电线路发生过载，确保电力系统稳定性。 2）当电网频率过高时，如果常规调频电厂容量不足，可降低风电场有功功率。（2）最大功率变化率最大功率变化率包括1min功率变化率和10min功率变化率，具体限值可参

海上风电现状与发展计划

全球海上风电现状与发展趋势一、全球海上风电现状根据最新数据显示，风能发电仅次于水力发电占到全球可再生资源发电量的16%。在全球高度关注发展低碳经济的语境下，海上风电有成为改变游戏规则的可再生能源电力的潜质。在人口密集的沿海地区，可以快速地建立起吉瓦级的海上风电场，这也使得海上风电可以成为通过经济有效的方式来减少能源生产环节碳排放的重要技术之一。海上风电虽然起步较晚，但是凭借海风资源的稳定性和大发电功率的特点，海上风电近年来正在世界各地飞速发展。在陆上风电已经在成本上能够与传统电源技术展开竞争的情况下，目前海上风电也正在引发广泛关注，它具有高度依赖技术驱动的特质，已经具备了作为核心电源来推动未来全球低碳经济发展的条件。据全球风能理事会(GWEC)统计，2016年全球海上风电新增装机2,219MW，主要发生在七个市场。尽管装机量比去年同期下降了31%，但未来前景看好，全球14个市场的海上风电装机容量累计为14,384MW。英国是世界上最大的海上风电市场，装机容量占全球的近36%，其次是德国占29%。2016年，中国海上风电装机量占全球装机量的11%，取代了丹麦，跃居第三。其次，丹麦占8.8%，荷兰7.8%，比利时5%，瑞典1.4%。除此之外还包括芬兰、爱尔兰、西班牙、日本、韩国、美国和挪威等市场，共同促进了整个海上风电的发展。

1. 欧洲海上风电现状欧洲风能协会（WindEurope）日前发布的《欧洲海上风电产业统计报告2016》中指出，2016年欧洲海上风电投资达到182亿欧元，创历史新高，同比增长39%。全年新增并网338台风力发电机，新增装机容量1558MW，较2015年减少了48%；累计共有3589台风力发电机并网，装机总量达12.6GW，分布在10个国家的81个风电场。2016年，比利时、德国、荷兰和英国还有11个风电项目正在建设当中，完成后将增加4.8GW装机，使得累计装机量可达17.4GW。 2. 欧洲海上风电市场展望虽然2016年欧洲海上风电的并网容量远低于2015年，但大量项目的开工建设意味着，在未来两年，并网容量将会显著增加。由于第三轮拍卖被延期，在2016年增长出现放缓后，英国海上风电发展速度将明显加快。德国市场将持续增长。比利时也将有新增装机，这主要来自于Nobelwind风电场和两个于2016年8月被核准的项目。未来两年，丹麦和荷兰于2015年和2016年获得特许权的项目也将开始动工。到2019年，欧洲开工建设的海上风电项目数量将减少，因为彼时欧盟各个成员国此前依据可再生能源指令（Renewable Energy Directive）制定的国家可再生能源行动计划（NationalRenewableEnergy Action Plans，NREAPs）将到期。与2016年相似，到2020

海上风电输电与并网关键技术研究

海上风电输电与并网关键技术研究发表时间：2019-04-03T09:59:32.597Z 来源：《电力设备》2018年第30期作者：李飞 [导读] 摘要：在所有可再生能源中，风力发电是拥有相关技术最为完善的发电方式，同样也是最具潜力的能源开发方式。（山东电力建设第三工程有限公司山东青岛 266100）摘要：在所有可再生能源中，风力发电是拥有相关技术最为完善的发电方式，同样也是最具潜力的能源开发方式。当前世界对能源资源需求迫切，由于海上存在丰富的能源，可以被利用非常多的风能，所以有非常多人进行研究海上风电输电并网关键技术。文章则对海上风电输电并网的研究进行了分析。并对现有的相关技术进行分析和总结。最后提出海上风电的发展仍需要进一步提升的结论。关键词：海上风电；并网技术；海上变电站；风电的研究引言：与陆上风电发展对比，我国相关的对于海上风电发展的研究仍比较落后。海上风电并网的研究预测等技术还处于初级发展阶段。然而随着国家逐渐发展海上能源技术，就急需相关人员尽快研究海上发电技术。文章就介绍了海上风电输电并网方面的技术的发展，并且对未来海上风电输电并网的发展给予期许。一、海上风电输电技术 1.1 高压交流输电技术要进行海上高压风电交流输电需要满足许多条件，要保障海上风电并网的电质量，要平衡电压电流。除此之外，因为电网与电场之间的作用是共同作用的，可以相互影响，当电压差突然过大或过小都会产生不良作用。更会造成在风电输电的整个过程产生的安全隐患。基于以上情况，就更需要海上风电场具备较强的防控能力。 1.2 高压直流输电技术然而如果海上风电站距离岸边超过最高限度。那么采取当高压交流输电就难以实现远距离输电。也因此高压直流输电就具有输送距离远的优点。那么我们也可以说，高压直流输电就将成为未来海上输电的重要方式。 1.3 其他输电技术而除了交流输电，直流输电等常见形式之外，还有分频输电和多相输电等方式。分频输电技术可以不提高电压减低输电频的方式进行输电。运用这种方式可以减少输电的路数提高输电频率，并且还可以提高线路的使用寿命。但其也有一些缺点，运用该技术会使低频变压器的花费增多。多相输电是指相数多于三相的输电技术，其技术具有提高输送效率的优点，但是由于相数的增多，会导致故障事故的增加，使操作更加困难。结合以上数据，考虑到资金、应用性来看，在以后海上输电仍以高压直流输电和高压交流输电为主。而由于海上风电技术的逐渐发展，未来海上风电场的规模应该更大，距离岸边更远的方向发展。那么海上风电直流输电的优势便凸显出来。二、海上风电集电与变电设计技术海上风电场电气系统由海上风电场集电与变电系统组成，其具有电气设备完善，连接方式复杂的特点。而海上风电场集电系统和海上升压站设计两部分。 2.1 海上风电集电系统设计技术因为海上风电场运行复杂，海上条件较大，所以如果系统发生故障，则很难进行维护，并且进行维护的耗费也会加大。因此，要想使海上输电系统平稳运行，就需要更加维护集电系统。集电系统的优化技术包含系统优化、设备选型等。虽然当前相关技术已经取得了一定成绩，但仍需要结合相关实践取得的经验来进行进一步优化。海上风电场集电系统任务是将各风电机组输出的电能通过中压海底电缆汇集到海上变电站的汇流母线。 2.2 海上风电变电系统设计技术自从我国发展海上输电技术以来，目前已经有多座海上电站建成并开始使用。而英国等欧洲地区则是我国海上电站的主要建成地。在实际应用中，工作人员通常会通过分析风电场位置，环境规模，地形等因素综合考虑设计、施工、运行、资金等情况对海上输电站进行优化选址。而在海上输电站内部设计建设过程中，合理的电气主接线方案和设备选型对提升变电站的可靠性。三、海上风电功率预测技术 3.1 区域海气耦合模式研究根据相关数据，，海上不受地形和植物、建筑等外部影响，海上流速较小，风电机影响距离远，范围大。同时由于海上会出现台风，波浪，大雾等恶劣环境都会使发电站运行受到不利影响。这些环境影响都会使得监测结果不同于陆地。同时由于海上环境复杂，海洋状况和大气之间都会相互制约，相互影响。基于海洋–海浪–大气模式耦合的数据模式，不仅可以改良风场和水汽运输的能力。而且可以通过海–气等物理过程来预报天气。当然由于海上风电预测的发展比陆地上相关技术发展较晚，还不能完全满足实际工程的需要。 3.2 台风预测技术为了增强风电并网安全运行，则需要提高风电功率的预测准确程度。提高气象预报的精确程度，提高相关数据的分析编辑，来提升系统的自我保护能力。四、海上风电集群控制技术 4.1海上风电控制技术海上风电远程集群控制的目的，是将地舆上相邻、特性上相关且拥有1个共同地点接收的风电场集群进行整体分析、集中控制处理，以至于控制出力的周期性和运动性，以形成在规模和外部控制特性等与常规电厂类似的电源，具备灵活响应电网改动与控制的能力。海上风电集群控制技术按照功能可分为有功控制技术、无功控制技术及安全稳定控制技术。 4.2 海上风电有功控制技术海上风电场的远距离有功控制技术大都被采用于海上风电，让风电集成系统能够在最大发动状态下参加各种系统调整、调频以及在特殊状态下的响应电网的活动。我国为了规范风电并网技术的应用，制定了国家相关的数据标准，并将其纳入法律规定。而根据国家电网发布的官方制度法规，都规定了电网场在运行过程中的准确的输出功率等数据。并且国内外学者都也研究了有功控制研究技术中相关的风电机组的运行状况。不仅这样，相关专家学者都将研究重心放在单个的电场。现在现有的功率分配的算法粗略可以分成加权和数学规划两种算法。其中平均分配，按风电场比例容量分配的为加权电场。这种算法操作简单，容易完成。而数学规划法则是从不同数据中选择最合适

海上直流风电场研究现状及发展前景

第39卷第9期电网技术V ol. 39 No. 9 2015年9月Power System Technology Sep. 2015 文章编号：1000-3673（2015）09-2424-08 中图分类号：TM 614 文献标志码：A 学科代码：470·40海上直流风电场研究现状及发展前景江道灼，谷泓杰，尹瑞，陈可，梁一桥，王玉芬（浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027） Research Status and Developing Prospect of Offshore Wind Farm With Pure DC Systems JIANG Daozhuo, GU Hongjie, YIN Rui, CHEN Ke, LIANG Yiqiao, WANG Yufen (College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, China) ABSTRACT: Compared with offshore wind farm with AC collection system, offshore wind farm with pure DC system, including DC transmission and collection systems, eliminates heavy and bulky AC power frequency transformers and the needs for multiple power rectifiers, inverters and voltage boost. It shows some brilliant merits, such as smaller size and lighter weight of equipment, higher efficiency and lower cost. This paper firstly summarizes the topologies, control strategies, advantages and existing problems of offshore DC wind farm. Then a detailed discussion is made about high voltage, large capacity and high gain DC/DC converters, which are regarded as the key equipment of offshore DC wind farms. The advantages and disadvantages of different DC/DC converter topologies and their application prospects in offshore DC wind farm are pointed out. Then, the research situation of offshore DC wind farm fault protection is presented. Finally, this paper affirms the prospect of offshore DC wind farm application. The conclusion has value for utilization of ocean energy such as offshore wind. KEY WORDS: offshore DC wind farm; DC/DC converter; fault protection; PMSG 摘要：与现有的海上风电场相比，采用直流技术汇集电能和并网的海上直流风电场无需使用笨重且体积庞大的工频交流变压器，也无需对电能进行多次整流、逆变和升压，因而在设备的体积和质量、系统损耗及建设成本等方面均具有明显优势。首先对串联升压型和辐射型2种主要类型的海上直流风电场进行了详细综述，包括其拓扑结构、控制策略、优势和存在的问题；然后详细分析了海上直流风电场的关键设备——高电压、大容量、高增益DC/DC变换器的研究现状，指出了各类DC/DC变换器的优缺点及其在海上直流风电场中的应用前景；最后对海上直流风电场的故障保护问题和经济性问题的研究情况进行了总结。所述内容对中国开展海上风电等海洋能的开发利用具有一定参考价值。关键词：海上直流风电场；DC/DC变换器；故障保护；永磁直驱风力发电机 DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2015.09.008 0 引言作为一种技术最为成熟、应用前景最为广阔的可再生能源，风力发电近年来的增长十分迅速。截至2014年年底，我国的风电装机总容量已达到114 608.89 MW。然而，随着风电的迅速发展，陆上风电场的选址越来越困难，其对生态环境的影响也越发显现。与此同时，海上风电场因其风速稳定、不占用土地资源、基本不存在环境影响等优势，逐渐成为风电发展的新趋势[1-2]。对于离岸距离近、容量较小的海上风电场，目前一般通过中压交流电网汇集电能，再经变压器升压后通过高压交流输电线路并入岸上交流主电网。然而，随着风电场容量越来越大、离岸距离越来越远，采用高压直流输电技术实现海上风电场并网成为必然的趋势[3]。现有的经高压直流输电线路并网的海上风电场，其内部均为交流系统，与陆上风电场完全相同，并未针对海上风电场自身的特性进行设计。以由永磁直驱风力发电机(permanent magnet synchronous generator，PMSG)组成的海上风电场为例，由PMSG发出的电能要依次通过发电机侧变流器、电网侧变流器、低压到中压变压器、中压到高压变压器、整流器后才能送入高压直流输电线路，最后经逆变器送入岸上交流系统。多次的整流、逆变、升压不仅造成了大量的能量损耗，增加了投资，也降低了整个海上风电系统的可靠性。此外，体积和重量都十分庞大的工频交流变压器的使用，意味着风电场内部用于支撑风力发电机和换流站的海上平台的投资将会大大增加。鉴于现有海上风电场中存在的诸多缺陷，以及柔性直流技术的不断发展，不仅使用直流技术进行风电场的并网，在风电场内部也使用直流技术汇集电能的海上直流风电场成为近年来的研究热点。研究资料表明，使用直流技术汇集电能可以有效简化