淺談在海上風電傳輸中采用VSC-HVDC系統

賀曉泉 安磊 吳華平

摘 要:研究證明,在海上風電傳輸中采用VSC-HVDC技術,可以有效的實現海上風電的大規模開發。本文從VSC-HVDC系統特點分析出發,針對我國海上風電電力傳輸中存在的主要問題,探究VSC-HVDC系統在海上風電傳輸中所發揮的功能作用。

關鍵詞:海上風電VSC-HVDC系統電力傳輸

中圖分類號:TM721.1 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0004-01

研究發現,VSC-HVDC系統(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current)與傳統HVDC相比可以及時控制有功功率和無功功率,并且還能夠很好的完成遠程傳輸交涉,它所具備的很多功能特征能夠彌補海上風電傳輸所遇到的相關問題。為了解決海上風電遠距離傳輸,提高其運行效率和系統的穩定性,盡可能降低投資成本,研究新型高壓直流VSC-HVDC系統在海上風電傳輸系統中的運作模式是非常有必要的。

1VSC-HVDC系統特點分析

近年來,隨著電力電子技術的進步推動和大量直流工程的投入運行,使得直流輸電的控制、保護、故障、可靠性等多種問題越發顯得重要。VSC-HVDC這種新技術的綜合應用使得直流輸電技術有了新進展,其應用出現為改善交流電網的供電質量提供了新的保障,其特點主要有以下幾方面。

1.1 增效節能

VSC-HVDC技術的電能損耗低于傳統交流輸電技術的損耗,同時HVDC需要的傳輸線纜更少,能減少占地,比UPS更省電,其初始成本不到UPS的70%,因此能夠很好的增強效率,節約能源。

1.2 滿足可再生能源遠程輸電

VSC-HVDC系統輸電不受容性電流的影響,電壓損耗低,可調節有功和無功功率的輸出,保持電網穩定,傳輸時不會產生諧振,且不會在電網中產生短路電流。VSC-HVDC使用脈寬調制的方法產生正弦電壓,控制靈活,可任意進行有功和無功控制,允許雙向能量傳輸,故障時解耦,風場不必和電網保持同步,并可采用多端并網方式,在海上風場的發展極具優勢。

1.3 輸出電力均勻 利于維護

VSC-HVDC系統可以連接不同的交流電網并提高它們效率,能夠補償潮流的波動,可以避免風電場不均勻的電力輸出影響電網可靠性,而且還利于維護。

2海上風電傳輸中存在的問題

國外海上風電發展不斷成熟,但我國海上風電目前只有上海東海大橋海上風電項目投入運行,海上風電電力傳輸方式還在不斷摸索,在采用傳統風電傳輸技術過程中存在的問題主要表現在以下幾個方面。

2.1 電能質量的不可控

由于海上風能具有不穩定性和間隙性,風電場的輸出功率是動態變化的,對風電的并網運行帶來了不利影響,輸出功率隨風能動態變化的風電場對傳統電力系統的固定運行模式產生了一定的沖擊。

2.2 遠距離電力傳輸技術要求高

相比陸地風電,海上風電在風電機組、海底基礎、電纜敷設的運輸、安裝等方面的設計技術和制造技術要求難度較大,尤其是遠距離的海上風電場,其施工難度非常復雜。

2.3 電氣系統設備要求高

因海上環境不可控,當系統的功率平衡受到破壞時,電網中可能會出現電壓尖峰;在新的功率平衡之后,有可能造成電壓升高,電壓尖峰和電壓升高可能會對系統的功率器件帶來損害。為避免損壞,對相關電氣系統設備要求遠高于陸地電力傳輸。

2.4 成本高

與常規電纜相比,長距離海上電力傳輸所采用的海底電纜制造數量較少,通常這些電纜時為每個項目獨特設計的,因此其線路成本和鋪設費用較高。

3VSC-HVDC系統在海上風電電力傳輸中的應用

海上風電是風電產業發展的新趨勢,我國海上風能資源豐富,具備大規模發展海上風電的資源條件。如何以較少的成本去產生更多的電力財富,是風電開發企業一直在追尋探討的問題,針對海上風電傳輸的問題,在海上電力傳輸中采用VSC-HVDC系統其作用突出,集中表現在以下幾點。

3.1 有源型直流輸電

VSC-HVDC系統一端與風電場相連,另一端與電網相連,儲能單元并接在VSC-HVDC的電網側。與風電場相連的受端接受的風電功率受風能波對的影響呈現動態變化趨勢,如果風電的動態功率大于預先設定的平均風能所產生的平均功率,儲能單元吸收多出部分功率,處于充電狀態;反之,則處于放電狀態。VSC-HVDC系統中這種有源型直流輸電模式可以使風電注入到電網的功率穩定,這樣也就解決了海上風能不穩定性和間隙性的問題。

3.2 輕型高壓直流輸電

交流輸電線路是連接小型近海風電場經常采用的方法,VSC-HVDC系統這種柔性直流輸電技術則是遠海風電場的最佳選擇。柔性直流輸電具有無功和電壓控制能力,很好的解決了無功補償問題,在提供頻率控制和低電壓穿越以滿足風電并網的要求的同時,還大大降低了海上平臺的體積和在極端環境下施工的復雜程度。通過對風電進行全方位控制,使風電出力的間歇性特點不會擾亂電網;更重要的是,柔性高壓直流輸電系統可以再在無電狀態下啟動,遠距離輸電損耗也較小,可大大降低環境對系統的影響。

總而言之,在能源消耗日益增長、環境污染日漸嚴重的今天,風能作為新型能源已經備受關注。海上風力發電是全球未來發展的熱點,目前歐洲的海上風電發展全球領先,海上風場呈現大型化趨勢,并且向深海海域發展。我國也在逐步把海上風電開發作為新型能源的主要開發地。然而,海上風電場分散性強、遠離負荷中心、發電運行效率低、無功消耗大、系統穩定性差等也是需要去面對解決的問題。國內外實踐證明,VSC-HVDC技術所具備的特有響應速度和控制效果能夠很好的解決海上風電傳輸中所遇到諸多問題,還可降低海上風電的投資成本,提高電能的傳輸效率和系統穩定性。只有不斷探索和發現,不斷引進和革新技術,才能更好的開采和利用大自然的可再生能源,讓大自然的更好的為人類服務。

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