海上風電輸電與并網關鍵技術研究

高垚

摘 要：風力發電是新能源領域中最成熟的發電方式之一，相關行業也獲得了較快的發展。海上自身具有豐富的風力資源特征，因此，關于海上風電的輸入電能和并網問題逐漸成為風電發展的主要研究方向，并引起了相關專業人士的關注和重視。對此，本文從海上風電輸電與并網關鍵技術的角度出發，對其進行深入、詳細的探討，以便從中尋找更多新穎、高效的方法，從而推動海上風電相關電網行業持續不斷向前發展。

關鍵詞：海上風電；并網；關鍵技術

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：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

伴隨社會經濟的快速發展，能源的消耗量也呈現出上升的趨勢，以往石油、煤炭等相關資源的過度開發，使得人們不得不積極尋找、探索新能源。新能源種類非常多，如風力資源具有綠色環保的重要作用，是一種可循環使用的能源，因此，風力資源逐漸引起了相關部門的重視。近些年，隨著科學技術的不斷進步，風力發電開始逐步向海上風電這個方向發展。然而，我國海上風電還處于發展階段，自身存在很多不足之處，需要對其進行改善，尤其是海上風電并網相關技術，對整個海上風電電網行業的長久發展具有重要作用。

1 海上風電相關并網對電網產生的影響

實行大范圍海上風電并網對整個大電網的正常穩定運轉會產生很大影響。海上風力資源非常豐富，自身具有不可控、不可調的原動力，因此，海上風電場輸出的有關電力帶有很大波動性、缺乏一定的持續性，自身變化規律難以把握。當海上風電并網發展到一定規模時，將會改變整個電網的區域分布，以往電網相關潮流控制將會產生重大變化，給電網的正常運轉帶來較大影響[1]。

2 海上風電并網相關技術和進展

2.1 海上風機相關故障穿越能力

海上風電與火電、水電等其他電能存在很大差異，風力資源自身大小不穩定，自然性比較強，不受人們控制。在電網發生某些故障時，電網相關電壓值會下降，風電機組卻不能有效做出反應，如果繼續向外輸出電網功率，會產生較大震蕩，對電網和海上風電場都會產生重大沖擊。假設風電機組自身具有低電壓相關穿越功能，在電網出現故障時就會保持較長一段時間低電壓輸出不脫離電網，在這段時間內相關維護人員可以及時解決有關故障，使整個電網恢復正常工作，這對電網與風機都是一種重要保護[2]。

2.2 海上風電場相關爬坡管控能力

海上風電場相關爬坡能力一般是指海上風機依據電網有關調度指令發電出力。出力變化相關速度會低于一定的閾值。當海上風速高于切出的相關風速時，海上風場風機一定要保證不脫網，從而有效確保火電常規機組有一定的時間可以代替。關于這項技術的有關研究，國內外都取得了巨大發展成就。例如，美國AWS公司研究開發了一套計算機相關系統來預測海上風電相關爬坡，這個系統能夠有效預測海上風電的爬坡概率、輸出的功率與海上風速變化走勢圖，并且在很多地區已經開始廣泛應用，能夠提前4.5～6.5h預測出相關爬坡事件，但預測的精度還需要進行改善。我國在風電爬坡控制方面也取得了不小成就，在海上風電爬坡控制中通過優先級相關順序的協調，控制海上風電場內的相關風機出力，不僅可以增強海上風電場有功輸出的可協調能力，還能提高海上風電場的爬坡控制相關能力。

2.3 海上風電并網相關輸送方式

海上風電并網輸送方式通常分為以下幾種：高壓交流相關輸電（HVAC）、高壓直流相關輸電HVDC、基于電壓源轉換流器的相關輕型高壓直流有關輸電技術（VSC-HVDC）。一般情況下，中小型的近海風電場多數使用的是高壓交流相關輸電方式，至于那些處于深海的海上風電場，其一般會使用高壓直流或者是電壓源轉換器。相較以往的高壓交流輸電，電壓源相關轉換流器具有很大優勢。采用雙極進行配置時，相關導線電纜數量將會由原先的3條減少至2條。VSC-HVDC技術通過使用電壓源相關變流器等相關直流換流有關裝置，把海上風電場內部的一些交流系統和外部電網進行有效區分，這樣就會減小海上風電的隨機性、間歇性與波動性對主電網的相關負面影響，在一定程度上對海上風電場相關裝機容量也起到了一種限制作用。另外，這項技術還具有“組件化”的自由思想，后期擴展會非常方便、快捷，同時能夠獨立擴展海上風電機組的無功功率與有功功率，在海上風電發電與負荷進行變化的情況下，在一定程度上能夠增強電網的可靠性和穩定性，同時還能消除塔影效應帶來的電壓閃變，進而改善電能的品質[3]。

2.4 海上風電場無功功率補償和自動調節能力

其實，海上風電場無功功率補償和自動調節能力是VSC-HVDC輸電技術的優勢，VSC-HVDC相關技術的核心部分是兩端的電壓源變流器。變流器不僅是能量轉換部件，還是一個綜合控制單元，在一定程度上能夠有效調節電網端無功相關分量，起到一定的無功補償作用。VSC-HVDC自身具有高頻通斷相關功能，其開關器件是整個內容中的關鍵部件，一般都會以脈寬進行調節控制，在高和低相關電平間上進行快速轉換產生交流電壓，通過使用交流低通相關濾波進而得到基波電壓。通過使用脈寬相關調節技術，可隨時轉變交流輸出相關電壓的相位，最終實現有功功率與無功功率相關獨立調節，經變流相關電路產生交流電壓歲控制器的變化進行變化，具有很大靈活性。當下對VSC-HVDC相關研究的主要側重點在于變流器相關拓撲結構設計和均壓相關控制方法，最新變流器相關拓撲結構多數采用多電平變流器。

3 結語

海上風電并網是一種紛繁復雜的系統性工程，一定要完善、優化VSC-HVDC相關拓撲結構，提升海上風電機組相關并網在線跟蹤監測系統技術水平。只有完善的智能電網才能有效突破海上風電并網中產生的各種瓶頸，進一步推動海上風電相關電網行業持續、穩定向前發展。

參考文獻：

[1]北極星風力發電網.我國海上風電場送電系統與并網關鍵技術研究取得重要進展[J].浙江電力，2017（8）：122-123.

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

[3]李童.VSC-HVDC技術在海洋風能開發中的應用[J].中國造船，2017（a01）：102-109.