海上風(fēng)電場(chǎng)電能傳輸技術(shù)研究

　　摘 要：在結(jié)合海上風(fēng)力發(fā)電特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文分析了用于海上風(fēng)電的交流輸電技術(shù)、基于PCC 的傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)和基于VSC 的輕型直流輸電技術(shù)等電能輸送及其并網(wǎng)方式的特點(diǎn)，并從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性上對(duì)其進(jìn)行分析比較，指出了經(jīng)濟(jì)選擇范圍；同時(shí)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部集電線路的不同布局方式特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，指出了目前最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)選擇。
　　0 引言
　　海上風(fēng)電場(chǎng)具有風(fēng)速高、風(fēng)力穩(wěn)定、干擾少及發(fā)電量大等特點(diǎn)，風(fēng)電場(chǎng)由陸地向海上延伸，是風(fēng)電發(fā)展的大趨勢(shì)。目前海上風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，并開(kāi)始進(jìn)入大規(guī)模開(kāi)發(fā)階段。與陸上風(fēng)電場(chǎng)相比，海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)、安裝及電力輸送的技術(shù)難度較大，成本較高。研究海上風(fēng)電場(chǎng)輸電技術(shù)，包括電能的傳輸和并網(wǎng)方式等問(wèn)題值得探討。
　　對(duì)于大規(guī)模的海上風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的電氣系統(tǒng)關(guān)系到整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，將海上風(fēng)電機(jī)組按一定規(guī)律排到，形成若干獨(dú)立的組，通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)分組及其內(nèi)部集電線路布局的最優(yōu)化，能達(dá)到在風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量最大化的同時(shí)使設(shè)備投資和運(yùn)行成本最小化的目的。
　　1 海上風(fēng)電場(chǎng)輸電技術(shù)及并網(wǎng)方式
　　海上風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)主要有交流輸送和直流輸送兩種基本方式，其中直流輸送方式又分為兩類：一類是傳統(tǒng)的基于晶閘管換流器（PCC）的直流輸電技術(shù)；另一類是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的基于電壓源變頻器（VSC）的輕型直流輸電技術(shù)。
　　1.1 高壓交流（HVAC）輸電并網(wǎng)方式
　　當(dāng)海上風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模相對(duì)較小且風(fēng)電場(chǎng)離海岸線距離相對(duì)較近時(shí)，一般采用交流電纜的輸電方式接入電網(wǎng)，其主要設(shè)備包括：交流高壓海底電纜、風(fēng)電機(jī)組側(cè)變壓器、升壓主變壓器、高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置等。目前，風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)內(nèi)集電線路一般采用35kV 電壓等級(jí)，機(jī)組采用一機(jī)一變的方式升壓至35kV，多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組組合成一個(gè)聯(lián)合單元后送入升壓變電站；根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模大小以及離岸距離的遠(yuǎn)近，升壓變電站可建設(shè)在陸地或海上。海上升壓站通過(guò)更高電壓等級(jí)的交流電力電纜接入岸上電力傳輸系統(tǒng)。采用交流輸電網(wǎng)的特點(diǎn)主要是電力傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)比較成熟，可靠性較高，成本較低，但長(zhǎng)距離交流電纜存在充電電流的問(wèn)題，使得傳輸容量與傳輸距離受到限制。
　　1. 2 高壓直流（HVDC）輸電并網(wǎng)方式
　　隨著海上風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模不斷加大和風(fēng)電場(chǎng)離岸距離的增加，基于傳統(tǒng)交流輸電的并網(wǎng)方式受傳輸容量與傳輸距離的限制，已無(wú)法滿足風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)需求，而在此情況下，高壓直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上具備了可行性。雖然直流輸電線路兩端換流站建造費(fèi)用較高，但由于輸電距離較長(zhǎng)，直流電纜成本比交流電纜低，綜合考慮所增加的成本并不突出，因此有必要采用直流輸電技術(shù)連接海上風(fēng)電場(chǎng)和陸上電網(wǎng)。與交流輸電不同，直流輸電不存在無(wú)功過(guò)剩與頻率穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)還具有潮流控制靈活、能限制故障電流、輸電損耗小以及單位長(zhǎng)度輸電線傳輸電功率大等優(yōu)點(diǎn)，因此直流輸電方式特別適用于連接大型海上或遠(yuǎn)距離風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)。目前國(guó)內(nèi)外所研究的高壓直流（HVDC）輸電并網(wǎng)方式主要有兩種， 即基于PCC 技術(shù)的傳統(tǒng)HVDC 傳輸方式和基于VSC 技術(shù)的輕型HVDC 傳輸方式。