海上浮式风电平台系统研究
漂浮式风电标准
漂浮式风电标准
漂浮式风电标准主要包括以下几项：
1. 结构设计寿命：20年。
2. 标准化：包括设备标准化和安装的标准化，如风机基础、浮体结构
设计的标准化，方便漂浮式风电设备快速组装、安装。
3. 安全稳定性：漂浮式风电设备需要在水流、波浪等外力的作用下保
持自身的稳定性。
4. 抗腐蚀能力：由于漂浮式风电设备长期处于海洋环境中，因此需要
具备较好的抗腐蚀能力。
5. 安全性评估：在漂浮式风电设备的研发和制造过程中，需要进行安
全评估，确保其安全性。
6. 可靠性：漂浮式风电设备需要在长期运行过程中保持较高的可靠性，避免因故障影响发电效率。
此外，海上风场漂浮式风电设备需要具备抗台风、抗颠覆性荷载的能力。
并且应充分考虑运维的便利性，包括锚定系统、吊装设施、维修
通道等。
这些标准为漂浮式风电设备的设计和制造提供了指导。
两种常用漂浮式风力机平台动态特性分析
两种常用漂浮式风力机平台动态特性分析成欣;叶舟;高月文;李春【摘要】分别针对MIT/NREL TLP和Umaine-Hywind Spar两种海上风力机浮式平台主体的水动力特性进行研究,旨在分析两者的系泊稳定性.基于海洋水动力学和结构动力学理论,建立了平台/缆索系统耦合模型,在水深和外界载荷激励相同的情况下,利用有限元分析ANSYS软件中的水动力学计算模块进行时域、频域响应分析,研究了两种平台在海风、海流和随机波联合作用下的动态响应,并分析了两种平台随波浪频率的响应变化.结果表明:MIT/NREL TLP平台的动态响应较大,而Umaine-Hywind Spar平台动态响应较小;两平台均在低频波浪作用下产生响应峰值.【期刊名称】《能源研究与信息》【年(卷),期】2015(031)003【总页数】6页(P168-173)【关键词】海上风力机;漂浮式平台;时域;频域;动态特性【作者】成欣;叶舟;高月文;李春【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TK83海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域,使得近海风力发电技术成为近年来研究和应用的热点.我国已建成了东海大桥海上风电场,计划建设的近海浅水区域风电场有10多个[1].除渤海外,我国黄海、东海和南海平均水深均在40 m以上,浅水区域有限,非常适合漂浮式风力机系统的开发.海上漂浮式风力机的最大特点是克服了在海床底部安装基础结构时受水深影响的缺点,使海上风电场的建设可向深水区发展[2].在海上风力机平台和开发深海油气的平台中,张力腿平台(TLP)和浮柱式平台(Spar)是公认的优秀平台形式[3].TLP是一种典型的深水平台,以其半固定、半顺应的运动特征在深水海洋工程中广为应用,其最重要的特点是平台的竖向运动很小[4-5].Spar平台属于顺应式平台的范畴,凭借其优良的性能和相对较低的造价,成为世界深海风力机和油气开采的主力平台类型之一[6].近年来,我国风电产业发展迅猛,海上石油开发业从近海走向深海[7],为适应深海平台开发的需要,有关深海平台的相关理论和技术的研究得到了蓬勃发展.浮式平台的动态特性能够反映平台在外界载荷作用下的响应特性和稳定性,对整个漂浮式风力机系统的稳定性和安全性有重大影响.本文分别选取设计水深相同的MIT/NREL TLP平台和Umaine-Hywind Spar平台,借助有限元分析ANSYS软件中的水动力计算模块进行时域、频域响应分析计算,分析两种平台在相同风、浪、流作用下的位移动态响应以及平台响应随波浪频率的变化.环境载荷指直接或间接由环境作用引起的载荷,包括由环境载荷引起的所有外力,如系泊力、运动惯性力、液舱晃荡力等.漂浮式风力机所受到的环境载荷主要来自风、浪、流,还有内波、地震和海冰(大块浮冰或冰山).本文仅考虑前三种载荷.1.1 风载荷海风对海洋结构物的工作影响很大,通常作用在结构上的风载荷是动态的,但一些结构对风载荷的反应几乎为静态形式.在实际工程中常用设计风速法得到结构所受到的海风载荷.根据我国海上移动平台入级规范可计算作用于构件上的风力F,并应确定合力作用点的垂直高度[8],即F=ChCsSPP=0.613×10-3V21.2 波浪载荷波浪载荷是漂浮式风力机平台所受到的主要环境载荷,且较风载荷更为复杂,这也是与陆上风力机最大不同之处.作用在漂浮式平台上的水动力包括波浪激振力、由结构运动产生的辐射力和考虑波浪高阶效应的漂移力.其中:波浪激振力包括由入射波形成的不稳定压力所引起的F-K力(佛汝德-克雷洛夫力)和由于结构存在影响波浪密度分布产生压差而引起的绕射力;辐射力包括附加质量力和辐射阻尼力.对于大尺度结构,一般采用绕射理论对作用于物体表面上的整个水动压力进行积分计算波浪载荷.在绕射理论中,流场用速度势函数描述,该速度势在流体各处应满足拉普拉斯方程,并满足物体表面、自由表面、海底及无穷远处的边界条件.通常总速度势由入射势、绕射势(假定物体固定)和运动着的物体在静水中产生的辐射势组成,从而得到结构物的运动与作用力.描述波浪运动的理论有许多,根据不同要素可分为线性和非线性、有旋和无旋、规则和不规则、单向和多向、浅水和深水等.漂浮式风力机平台一般远离海岸,局部水深几乎不变;与波长相比,水深相对较大.通常用无旋模型描述一个波浪在其生成区域外的传播或在水池内造波机产生的波浪传播.理想流体和无旋流动的假设可使问题大大简化,其方法是引入速度势函数Φ(x,y,z,t),利用速度势给出速度场V(x,y,z,t)=Φ(x,y,z,t),于是流动的无旋性自动得到保证.在流域内质量守恒(对于不可压缩流体,divV=0)可表示为速度势函数的拉普拉斯方程[9],即通过伯努利-拉格朗日关系式可得到流域内的压力波浪理论的分类与3个几何参数(波高H、波长L、水深h)有关.浅水理论与深水(或中等水深)理论之间的区别取决于厄塞尔参数Ur,有当Ur<1,意味着色散效应较非线性效应占优势,用参数kA≡ε对势函数Φ进行展开,可实现对问题的求解,即Φ=εφ(1)+ε2φ(2)+ε3φ(3)+…+εiφ(i)这就是所谓的斯托克斯方法,由此可得到斯托克斯规则波模型.相反,当Ur>1,h/L为小参数,从而得到椭圆余弦波模型和孤立波模型.在大部分海洋工程模型中,水深足够大,故可应用斯托克斯模型[10].小尺度海洋结构上的波浪力Fw通常采用Morison方程计算，由拖曳力和惯性力组成,即1.3 海流载荷海流载荷是由海流作用在海洋工程结构物上所产生的载荷.海流力是作用在海洋结构物上的一种流动阻力.根据水下结构物上的阻力是流体动能函数的原理,可按照稳定流动条件下阻力的数学表达式得到海流力,其计算需合理确定海平面以下某深度的海流速度、阻力系数和惯性力系数.其中,海流设计流速应取为在平台作业海区范围内可能出现的最大流速值,包括潮流流速、风暴涌流速和风成流流速,还应考虑作业海区流速的垂向分布.当波浪存在时,还应对无波浪时的流速垂向分布进行修正,以使瞬时波面处的流速保持不变.当只考虑海流作用时,作用在平台水下部分构件的海流载荷为应注意海流与波浪的相互作用.当采取Morison公式计算波浪载荷时,应将波浪水质点速度与海流速度矢量相加;当采用绕射理论计算波浪载荷时,海流载荷应按式(8)计算,并与波浪载荷矢量相加.2.1 平台模型建立本文研究对象为MIT/NREL TLP和Umaine-Hywind Spar平台.TLP平台由麻省理工学院设计的张力腿平台改进得到,以混凝土为压舱物,8根缆索分成4组构成4根筋腱,分别连接4根从底部水平延伸而出的辐条和位于海底的桩基,缆索由于预张力作用始终处于完全张紧状态;Spar平台是缅因大学根据国际能源署(IEA)研发的OC3-Hywind Spar改变水深以便于试验比较而得来,主体为一深吃水的细长浮筒,周身附连3根悬链线缆索并通过三脚架连接,以增加平台系泊的抗偏刚度,相邻缆索夹角为120°,且在一定预张力作用下处于半张紧半松弛状态[11].本文采用ANSYS软件中水动力计算模块进行模型导入和表面网格划分,分析中对系泊系统进行了适当简化,忽略了系泊系统的阻力.对Umaine-Hywind Spar作了去除三角形连接、缆索直接连在浮筒上的简化,这在静态分析中是合适的,但不适用于所有的动态条件[12].计算中没有对缆索进行线性简化.两平台参数如表1所示.图1分别为MIT/NREL TLP和Umaine-Hywind Spar平台几何模型.2.2 响应算子与自由度浮体波频运动6个自由度响应的稳态幅值称为幅值运动响应算子(response amplitude operator).该算子是由波浪激励到船体或浮体运动的传递函数,为船体或浮体运动谱与波浪谱的比值,表征单位波幅的特征响应.对于平动,其幅值响应算子Syζ(ω)/Sζ(ω);对于转动,其幅值响应算子Sθζ(ω)/Sζ(ω),其中:Syζ(ω)和Sθζ(ω)分别为海上结构物的平动和转动运动谱;Sζ(ω)为波浪谱;ω为入射波浪的频率.随机波浪可视为无数个振幅、频率不等,初相位随机并沿与x轴成不同角度的方向传播的简单余弦波的叠加.通常把风浪和由此引起的摇荡运动都看成是具备各态历经性的平稳随机过程,平台对任一波浪成分的响应是该成分波波幅的线性函数并与它对其它波浪成分的响应无关.利用平台各自由度的运动幅值响应算子给出在每一个波浪频率下的平台响应并叠加求和,可得到在多个波浪作用下的平台运动方程[13].可用平台位置的幅值响应算子反映在外界环境载荷激励下平台在6个自由度上的运动情况,从而体现平台稳定性.6个自由度上的运动如图2所示.由于风、浪、流均为-180°入射,因此主要分析沿x轴的平动(纵荡)和绕y轴的转动(纵摇)位置幅值响应算子.2.3 计算工况3.1 MIT/NREL TLP平台3.1.1 时域响应分析图3(a)、(b)分别为MIT/NREL TLP平台纵荡和纵摇时域位移幅值响应算子,其中纵坐标分别表示对应单位波幅的位移和偏转角.从图3中可看出,平台在风、浪、流载荷作用下绕起始位置作往复运动,纵荡和纵摇运动均在约180 s后开始进入峰值,其中纵荡最大位置幅值响应算子约为5 m·m-1,纵摇最大位置幅值响应算子最大值约为17°·m-1.3.1.2 频域响应分析频域响应分析是研究平台随波浪频率变化的运动响应,考虑到载荷的作用方向与平台自身特点,此处分析纵荡、垂荡和纵摇的频域响应.图4(a)、(b)、(c)分别为MIT/NREL TLP平台纵荡、垂荡和纵摇运动的频域响应算子.从图中可看出,平台纵荡运动在0.07 rad·s-1左右的波浪频率下产生响应峰值,之后随着波浪频率增大响应急剧降低,约在0.4 ～0.7 rad·s-1之间上升,随后便呈下降趋势;垂荡运动约在波浪频率0.5 rad·s-1时出现响应峰值,该值前后均为急升急降趋势;而纵摇运动的响应峰值出现在波浪频率0.8 rad·s-1左右;此外,TLP平台的垂荡和纵摇频域响应的峰值接近.3.2 Umaine-Hywind Spar平台3.2.1 时域响应分析图5为Umaine-Hywind Spar平台在相同载荷作用下的纵荡和纵摇位置幅值响应算子,其中纵坐标分别表示对应单位波幅的位移和偏转角.从图中可看出,平台在风、浪、流载荷的作用下绕起始位置作往复运动,且比MIT/NREL TLP的运动更为规律.相比于TLP平台,其纵荡位移响应算子均为cm级,平动位移变化很小;由于平台自身结构特性,纵摇位置响应亦很小,最大值不到3°·m-1.3.2.2 频域响应分析图6为Umaine-Hywind Spar平台的纵荡、垂荡和纵摇运动的频域响应算子.由图6可知,Spar平台纵荡运动在0.07 rad·s-1的波浪频率下即出现响应峰值,且除0.20～0.34 rad·s-1之间有小幅升高外,响应幅值呈下降趋势,且峰值略小于TLP平台的峰值;垂荡运动的响应峰值出现在频率小于0.5 rad·s-1处,峰值较TLP平台的小;纵摇运动的响应峰值出现在频率0.4 ～0.5 rad·s-1之间,且与TLP平台相比峰值较小;Spar平台的垂荡响应峰值大于纵荡和纵摇的响应峰值.以上分析说明,在外界风、浪、流载荷作用下:(1) MIT/NREL TLP平台产生较大动态位移,并引发较大幅度的往复运动和摇摆运动;(2) Umaine-Hywind Spar平台动态位移较小,考虑其重心远远低于浮心,稳定性较好;(3) 两平台的纵荡、垂荡和纵摇运动响应对频率变化均较敏感,并在低频率时出现响应峰值.本文在给定海况条件下,考虑风、浪、流联合作用,借助有限元分析ANSYS软件中的水动力模块计算分析了两种经典风力机平台的时域和频域响应.当然,由于在计算过程中尚未考虑平台主体与风力机正常运行下的耦合作用,因此实际耦合情况下的稳定性情况尚有待继续分析.若能在后续研究工作中加以解决,并能同时考虑平台与波浪之间的共振效应,则可对这两种经典平台的性能和实用性作出更具现实意义的对比,以期得到在不同海况条件下的最佳平台选择,或者通过对平台的改进以降低危险和建造成本.这将具有更大的实用价值,且将为我国深海漂浮式风力机的发展提供更多有益的参考.。
海上风力发电及其技术发展分析
海上风力发电及其技术发展分析摘要：传统火力发电导致煤炭资源的大规模开发，造成了能源储备短缺、空气污染、气候变化等环境问题。
我国在“十四五”期间明确提出了要大力提高风电规模和有序推进海上风电建设，推行并实现“双碳”目标，关注和发展新型分布式清洁能源并使之纳入配电网，已成为我国电力行业未来发展和关注的焦点问题。
基于此，本文以海上风力发电为主要研究对象，分析了其行业发展现状，探讨了海上风力发电技术面临的问题及发展方向，以供参考。
关键词：海上风电；行业发展；发电技术；风力发电近年来，随着社会经济的不断发展以及人们环保意识的增强，传统化石能源日益枯竭，寻找新能源迫在眉睫。
而作为一种可再生且无污染的绿色能源——清洁能源受到了各国政府的高度重视。
在众多的清洁能源中，风能具有巨大的发展潜力。
由于我国海上风电储量丰富，且具备运行高效、输电距离短、便于就地消纳、节约土地资源、适合大规模发展等特点。
因此，海上风力发电必将是我国发展可再生能源的必然之选。
一、海上风力发电的优势我国拥有1.8万公里大陆海岸线和300万平方公里以上的可利用海域，是一个海上风能资源十分丰富的大国。
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，对能源结构提出了更高要求。
目前，中国已成为世界第二大风力发电国，根据中国气象局风能和太阳能资源评估中心近期估算，中国陆海风电潜在开发规模约为2亿千瓦。
与陆上风电相比，海上风电主要有以下优点：第一，风力更稳定，电网友好性强。
海上风速大且出力波动小，每年使用小时更长，使得机组发电量平稳，单机电能输出更大，使用寿命更长。
第二，场地成本低，适合规模化开发。
海上风电场大多建在我国东南部沿海潮间带地区或沿岸滩涂、近海海域上，此处场地广且成本低，具有容纳更大型化风机机组、适合大规模开发的优点。
第三，风速高，发电量高。
海上风速高于陆地风速的约20%，在相同发电容量下，海上风机年发电量可高于陆地70%，且海上风电单机容量、同区域扫风面积及风能利用率更大。
海上风电基础形式及关键技术综述
海上风电基础形式及关键技术综述海上风电是指将风力发电机组安装在海上平台上，利用海上的高风速和稳定的风能资源发电的一种新能源。
相比于陆上风电，海上风电具有风速更高、风能资源更为丰富、发电量更大等优点，因此被视为未来风能发电的重要发展方向之一、本文旨在综述海上风电的基础形式和关键技术。
一、基础形式1.海上浅水沉箱式基础：采用沉箱式基础是目前应用最广泛的海上风电基础形式之一、它采用钢质沉箱作为支撑结构，通过将沉箱沉入海底然后灌注混凝土的方式固定在海底。
它的优点是施工简单方便、成本较低，但仅适用于水深在30米以内的海区。
2.海上钢桩式基础：钢桩式基础是适用于水深较深的海区的一种海上风电基础形式。
它采用钢制桩或者预制混凝土桩作为主要支撑结构，通过将桩固定在海底的方式支撑风力发电机组。
它的优点是适用于水深在30米以上的海区，能够承受较大的浪涌和冲击力。
3.海上浮式基础：浮式基础是一种新型的海上风电基础形式，它采用浮式平台作为主要支撑结构，通过浮力来支撑风力发电机组。
浮式基础的优点是可以适用于任意水深的海区，同时可以进行动态调整和定位，适应更为复杂的海洋环境。
二、关键技术1.海洋环境适应性：海上风电基础需要能够承受较大的海浪冲击、潮汐流速以及海水腐蚀等海洋环境的影响。
因此，要保证海上风电基础的耐腐蚀性和结构强度，选择合适的材料和表面处理技术，同时进行充分的结构设计和计算分析。
2.抗风性能：风是驱动风力发电机组工作的关键因素，因此海上风电基础需要具备良好的抗风能力。
这涉及到基础的结构形式选择、基础的稳定性和刚度设计等方面。
同时，需要进行合理的排布和间距设置，以减小风力发电机组之间的相互影响。
3.施工与维护技术：海上风电基础的施工和维护需要考虑到海上工作环境的恶劣性。
因此，需要开发高效的施工技术和维护技术，采用合适的船舶和设备，使得基础的建设和维护能够在复杂的海洋环境中进行。
4.高效发电技术：海上风电的发电效率对于经济可行性和环境效益至关重要。
海上风力发电机组可靠性问题研究
近年来 ， 风力发 电产业迅速发展 ， 特别是从 ２０ ０５年 性连接 ， 所以不会有较大幅度 的摆动 ， 这很好的保证 了塔 同时对于主轴而言 ， 载荷 的波动 以来 ， 电装机容 量平 均每年增幅 １０ 风 ０ ％以上 ， 主流风力 顶发 电机组 的平稳运行 ， 发 电机组 （ 以下 简称“ 电机组” 的单机容量 也从 ２０ 较小 ， 风 ） ０５ 这有力 的延长 了主轴的使用寿命 ， 降低了风电机组 年 的 ７０ｋ ～１ ｗ 增加到 了现在 的 ３ ｗ，同时 ， ５ Ｗ ．ｍ ５ ｍ 人 的使用成本。 对于底部 固定式基础 ， 由于浸泡在海水中 ， 长期受海 们 的视野也从 陆上风 电转向对海上风 电的探索。人们把 相对 较成熟 的陆上 风电机组技 术迁移 到海 上风 电机组 浪、 洋流的冲刷作用 以及海水 的腐蚀作用 ， 基础易发生松 上， 与此 同时 ， 上风电机组 由于其运行环境 的特殊性 ， 动 ， 海 严重时甚至会导致风 电机组倾覆 ， 这个 问题必须 引起 与陆上风电机组技术相 比存在诸多差异 ，文章结合海上 重视 。 建议要在风 电机组上安装基础实时监视装置 ， 然后
－ 高于陆上风 电机组。 目前海上风电机组基础 主要分为两 ２３ 极端恶劣天气 的影响 我国南方沿海地区 ，在夏季和秋季经 常会遭受 台风 大 类 ：悬 浮 式 和 底 部 固定 式 。悬 浮 式 主要 利 用 海 水 的浮 和强热带风暴 的影响 ， 而在 方沿海地区 ， 匕 冬季经 常会 出 力， 及绳缆 的固定作用 ， 将风 电机组“ 固定 ” 在海 里 ； 底部 海面结冰情况 ， 因此海上风电机组必须要考 固定式 即利用单桩或多桩 ，直接把塔架 与海底基础连接 现严寒低温 、 虑 台风 、 啸、 海 冰冻 、 海冰等极端恶劣天气 的影 响。 首先 ， 起来。 目前浅海区域 多采用单桩或三桩结构 ， 而深海 区域
新型海上风机浮式平台运动的频域分析
新型海上风机浮式平台运动的频域分析 唐友刚;李嘉文;曹菡;陶海成;李溢涵 【摘 要】以5,MW 风机为模型，概念性地设计了一种新型海上风机浮式平台。基于三维势流理论和 Morison 经验公式，利用 HydroD 软件计算了浮式平台的水动力系数；根据悬链线理论，编程计算了系泊系统提供的回复刚度；考虑风机与平台、系泊系统与平台之间的耦合以及黏性阻尼的影响，在频域范围内编程计算了风机系统的运动响应，得到新型浮式平台的幅频响应曲线，并在此基础上研究了波浪入射角、水深等因素对浮式平台运动的影响。结果显示，在波浪角为0°时运动响应最大，且浮式平台更适用于较大水深。%Taking a 5,MW wind turbine as an example,a new type of floating platform for offshore wind turbine was designed conceptually. Based on potential theory and Morison equation,the hydrodynamic coefficients were com-puted using HydroD software. The restoring stiffness provided by mooring system was calculated by program using catenary method. By considering the coupling effects of wind turbine,mooring system and platform,as well as the effect of viscous damping,the dynamic responses in frequency domain were computed by program,and then the amplitude-frequency response curves were obtained. Furthermore,the effects of incidence angle of wave and water depth on the responses of the platform were studied. The result showed that response of move of wave reached max-ium at the angle of zero deyree, and the floating platform was suitable for profoundal zone.
新型海上风力发电及其关键技术研究
（）海 上 风切 变 （ １ 即风速 随高 度 的变化 ） ， 因而塔架 可 以较低 。 小
（） 海上 风湍流 强度小 ，具有 稳定 的主导风 向，机 组承受 的疲 劳负荷较 低 ，使得风机 寿命 ２
更长 ， 同条件 下 ， 相 一般 在 陆地 上设计 使用寿命 为 ｌ 的发 电机组在 海上可 以延长 到 ２ ～ ０年 。 ０年 ５３ （） 海上 风 况优 于 陆地 ，当风 流过 粗 糙 的地 表或 障 碍物 时 ，风 速 的大 小和 方 向都 会发 生 ３ 较 大 的变化 ，而海面 则粗 糙度 小 ，不会产 生类 似 情况 。 （） 离岸 １ ｍ 的海 上风速 通 常 比沿岸 陆上 高约 ２ ％，使 用 同样 的风力 发 电机 组 ，年 发 ４ ０ｋ ５
Hale Waihona Puke 上 升 的 矛 盾 ，引 入 海 上 漂 浮 式风 力 机 概 念 ，并 详 细 介 绍其 结构 和 特 点 ，通 过 系统 介 绍 海上 漂
浮 式 风 力机 组成 部 分和 设 计 制 造 中的 关键 技 术 ， 最后 得 出海 上 漂 浮 式风 机是 一种 潜力 巨大 的 新 型风 力 发 电技 术 ，值 得 进 一 步 深 入研 究 。 同时 ，针 对 我 国陆 、海 资源 的 具 体 情 况 ，较 为 系
源 需求 的 ２％【，在丹麦 环境 能源 部 的长远计 划 中，２ ３ ０ ２ 】 ００年风 电占该 国电力供应 总量 的比重
预 计达到 ５ ％ｔ。 ０
为解决 陆上风 电场建设 中的 占地 与环保 问题 ，２ ０世纪 ７ ０年代初一 些学者便率先提 出海 上 风 电场概念 ，即将业 已成熟 的陆上 风力机技 术应用于 海上风 电场建设 。经近二十 多年 的努力 ， 世界第一 台海 上风机 于 １９ ９ ０年 由瑞 典研 制成功 并安装 在 Ｎ ｇｒｕ ｄ ｏ ｅｓｎ ，次年 丹麦建 立世 界第一 座 海上风 电场 （ ｉ ｅｙ海上风 电场） Ｊ 标 志着海上风力 发 电真正进入 到大型商业化 阶段 。 至 Ｖｎ ｂ ｄ ｌ， ４ 截
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摘要：风力发电是可再生能源利用领域中技术最成熟，最具商业化发展潜力的发电方式之一。
由于海上具有风资源丰富的特点，且目前全世界海上风电开发工程应用的需求迫切，大规模海上风电的输电与并网问题成为风电发展和研究的热点方向。
关键词：海上风电；功率传输；海上变电站；风电功率预测；集群控制1海上风电输电技术1.1高压交流输电技术根据相关研究显示，风电场额定容量在400MW以内，离岸距离在70km之内可考虑采用高压交流输电传输方式，但HVAC对于长距离、大容量输电存在以下问题：①传输相同有功功率，交流输电线路的工程造价和功率损耗比直流输电线路增长的快；②海底电缆的电容效应会产生大量的无功功率，降低了电缆的有效负荷能力，并抬升了电网电压，且难以在海底输电电缆中间进行无功补偿；③采用交流传输方式后，海上风电场和陆上电网任何一方的故障都会直接影响到另一方，对系统的安全运行不利。
海上风电场采用交流输电技术需要考虑海上风电并网的电能质量问题，主要包括电压波动与闪变、谐波、电压三相不平衡、频率偏差、电压偏差等。
此外，由于电网和风电场之间的影响是相互的，当电网电压发生跌落或骤升时，也会对海上风电场的安全运行造成影响，这就要求海上风电场必须具备故障穿越能力。
1.2高压直流输电技术当海上风电的离岸距离超过70km甚至更远，采用高压交流输电将不能满足大容量、远距离海上风电输送的需求。
高压直流输电具有输送距离远、运行调控灵活等优点，适用于输电距离更远的海上风电的并网，成为未来海上风电输送的研究热点。
HVDC输电技术主要分为基于晶闸管电网换相器的LCC-HVDC技术(传统直流输电技术)和基于电压源换流器的VSC-HVDC技术(柔性直流输电技术)。
与LCC-HVDC技术相比，VSC-HVDC技术不存在换相失败问题，可为无源系统供电，独立调节有功功率和无功功率，谐波水平低，适合构成多端直流输电系统。
目前世界上采用直流输电的海上风电场均采用VSC-HVDC技术。