海上風電場電能傳輸技術研究

　　摘 要：在結合海上風力發電特點的基礎上，本文分析了用于海上風電的交流輸電技術、基于PCC 的傳統直流輸電技術和基于VSC 的輕型直流輸電技術等電能輸送及其并網方式的特點，并從經濟性和技術性上對其進行分析比較，指出了經濟選擇范圍；同時對風電場內部集電線路的不同布局方式特點及經濟性進行了分析，指出了目前最優的經濟選擇。
　　0 引言
　　海上風電場具有風速高、風力穩定、干擾少及發電量大等特點，風電場由陸地向海上延伸，是風電發展的大趨勢。目前海上風電技術日趨成熟，并開始進入大規模開發階段。與陸上風電場相比，海上風電場的建設、安裝及電力輸送的技術難度較大，成本較高。研究海上風電場輸電技術，包括電能的傳輸和并網方式等問題值得探討。
　　對于大規模的海上風電場，風電場內部的電氣系統關系到整個風電場的穩定性、經濟性和可靠性，將海上風電機組按一定規律排到，形成若干獨立的組，通過對風電場分組及其內部集電線路布局的最優化，能達到在風電場發電量最大化的同時使設備投資和運行成本最小化的目的。
　　1 海上風電場輸電技術及并網方式
　　海上風電場接入電網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：一類是傳統的基于晶閘管換流器（PCC）的直流輸電技術；另一類是近年來發展起來的基于電壓源變頻器（VSC）的輕型直流輸電技術。
　　1.1 高壓交流（HVAC）輸電并網方式
　　當海上風電場的規模相對較小且風電場離海岸線距離相對較近時，一般采用交流電纜的輸電方式接入電網，其主要設備包括：交流高壓海底電纜、風電機組側變壓器、升壓主變壓器、高低壓開關設備、動態無功補償裝置等。目前，風電場的場內集電線路一般采用35kV 電壓等級，機組采用一機一變的方式升壓至35kV，多臺風電機組組合成一個聯合單元后送入升壓變電站；根據風電場的規模大小以及離岸距離的遠近，升壓變電站可建設在陸地或海上。海上升壓站通過更高電壓等級的交流電力電纜接入岸上電力傳輸系統。采用交流輸電網的特點主要是電力傳輸系統結構相對簡單，技術比較成熟，可靠性較高，成本較低，但長距離交流電纜存在充電電流的問題，使得傳輸容量與傳輸距離受到限制。
　　1. 2 高壓直流（HVDC）輸電并網方式
　　隨著海上風電場裝機規模不斷加大和風電場離岸距離的增加，基于傳統交流輸電的并網方式受傳輸容量與傳輸距離的限制，已無法滿足風電場的并網需求，而在此情況下，高壓直流輸電并網系統在技術上和經濟上具備了可行性。雖然直流輸電線路兩端換流站建造費用較高，但由于輸電距離較長，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連接海上風電場和陸上電網。與交流輸電不同，直流輸電不存在無功過剩與頻率穩定問題，同時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度輸電線傳輸電功率大等優點，因此直流輸電方式特別適用于連接大型海上或遠距離風電場并網。目前國內外所研究的高壓直流（HVDC）輸電并網方式主要有兩種， 即基于PCC 技術的傳統HVDC 傳輸方式和基于VSC 技術的輕型HVDC 傳輸方式。