海上風電場電能傳輸技術研究

　　混合HVDC 方式結合了VSC 輕型 HVDC 與傳統晶閘管HVDC 的特點。該方式在風電場端采用VSC 換流站，無需在線換流且控制靈活，而電網側的晶閘管換流站通過逆變將風電場電功率傳輸到電網。這種方式雖然一定程度上降低了輸電系統的成本，且不存在風電場換流站在線換流的問題，但系統的容量仍然受到由全控電力電子功率器件構成的VSC 換流站的限制。
　　1.4 海上風電場并網方式選擇
　　選擇何種方式進行海上風電場的并網，需要考慮各種風電并網方式的特點，并結合風電場的建設規模與離岸距離，對經濟性和技術性的綜合比較后確定。根據相關文獻及國外工程經驗[1-2] 對交流輸電、傳統HVDC、VSC 型 HVDC、混合HVDC 等輸電方式的成本分析比較可得出以下結論：
　　輸電系統成本受系統容量、輸電距離以及技術方式的影響。總的來講，交流傳輸并網方式結構簡單，成本低，但傳輸距離和容量受限， 適合小容量、近距離的海上風電場并網；傳統HVDC 傳輸并網方式不受傳輸距離限制，但換流站成本較高，適用于特大型海上風電場；VSC 型 HVDC 的并網方式非常適合于海上風電場的并網連接，但受到大功率IGBT 發展水平的限制，最大傳輸容量有限，且換流站成本較高，比較適合于中大型海上風場并網。參考國內外相關文獻和研究成果，交流輸電HVAC、傳統常規HVDC、VSC 型 HVDC 并網方式的經濟選擇參考范圍如圖1 所示。一般風電場額定容量在180MW 以內，離岸距離在120km 之內，采用交流并網比較合適；額定容量在350MW 以
內時，采用基于VSC 技術的HVDC輸電并網比較合適；更大容量的風電場則需要采用基于PCC 技術的傳統HVDC 輸電技術。
　　表1 對高壓交流（HVAC）和高壓直流（HVDC）的不同并網方式的輸電特性進行了分析比較。
　　型海上風電場；VSC 型 HVDC 的并網方式非常適合于海上風電場的并網連接，但受到大功率IGBT 發展水平的限制，最大傳輸容量有限，且換流站成本較高，比較適合于中大型海上風場并網。參考國內外相關文獻和研究成果，交流輸電HVAC、傳統常規HVDC、VSC 型 HVDC 并網方式的經濟選擇參考范圍如圖1 所示。一般風電場額定容量在180MW 以內，離岸距離在120km 之內，采用交流并網比較合適；額定容量在350MW 以內時，采用基于VSC 技術的HVDC輸電并網比較合適；更大容量的風電場則需要采用基于PCC 技術的傳統HVDC 輸電技術。
　　表1 對高壓交流（HVAC）和高壓直流（HVDC）的不同并網方式的輸電特性進行了分析比較。
　　2 海上風電場內部集電線路布局優化
　　2.1 海上風電場內部集電線路布局方式
　　根據國內外海上風電場建設經驗分析[3]，海上風電場建設成本構成中除海底基建外，中高壓海底電纜、海上變電站和輸電通道等項目也是導致投資成本大大增加的重要因素，因此，對海上風電場內部集電線路布局優化設計有其必要性。目前，海上風電場內部集電線路布局方式主要分為放射形、環形和星形3 種基本形式，其中須重點關注的是放射形布局和環形布局。放射形布局是大多數風電場普遍采用的內部鏈接方法，其特點是結構簡單，投資成本較低。環形布局相比放射形布局需要較高的投資成本，但能夠實現一定程度的冗余，可靠性較高。環形布局可具體分為單邊環形、雙邊環形以及由二者結合衍生出的復合環形等不同形式。
　　（1）放射形布局
　　將若干風力發電機連接在同一回中壓海底電纜線路上輸送到中壓匯流母線，海底電纜的額定功率須大于所連接風電機組的最大功率。該布局的優點是操作簡單、投資成本較低；缺點是可靠性不高。如果電纜的某處發生故障，那么整條電纜都將被迫切除，與其相連的所有風電機組都將停運。
　　（2）單邊環形布局
　　在放射形布局的基礎上，通過一條冗余的電纜將回路末端的風電機組連回到匯流母線上。如果電纜某處發生故障，可以通過加裝在電纜上的開關設備切除，保證機組正常運行。該布局的優點是可提高內部電氣系統的可靠性；缺點是操作比較復雜，投資成本較高。