海上风电场电能传输技术研究

　　摘 要：在结合海上风力发电特点的基础上，本文分析了用于海上风电的交流输电技术、基于PCC 的传统直流输电技术和基于VSC 的轻型直流输电技术等电能输送及其并网方式的特点，并从经济性和技术性上对其进行分析比较，指出了经济选择范围；同时对风电场内部集电线路的不同布局方式特点及经济性进行了分析，指出了目前最优的经济选择。
　　0 引言
　　海上风电场具有风速高、风力稳定、干扰少及发电量大等特点，风电场由陆地向海上延伸，是风电发展的大趋势。目前海上风电技术日趋成熟，并开始进入大规模开发阶段。与陆上风电场相比，海上风电场的建设、安装及电力输送的技术难度较大，成本较高。研究海上风电场输电技术，包括电能的传输和并网方式等问题值得探讨。
　　对于大规模的海上风电场，风电场内部的电气系统关系到整个风电场的稳定性、经济性和可靠性，将海上风电机组按一定规律排到，形成若干独立的组，通过对风电场分组及其内部集电线路布局的最优化，能达到在风电场发电量最大化的同时使设备投资和运行成本最小化的目的。
　　1 海上风电场输电技术及并网方式
　　海上风电场接入电网主要有交流输送和直流输送两种基本方式，其中直流输送方式又分为两类：一类是传统的基于晶闸管换流器（PCC）的直流输电技术；另一类是近年来发展起来的基于电压源变频器（VSC）的轻型直流输电技术。
　　1.1 高压交流（HVAC）输电并网方式
　　当海上风电场的规模相对较小且风电场离海岸线距离相对较近时，一般采用交流电缆的输电方式接入电网，其主要设备包括：交流高压海底电缆、风电机组侧变压器、升压主变压器、高低压开关设备、动态无功补偿装置等。目前，风电场的场内集电线路一般采用35kV 电压等级，机组采用一机一变的方式升压至35kV，多台风电机组组合成一个联合单元后送入升压变电站；根据风电场的规模大小以及离岸距离的远近，升压变电站可建设在陆地或海上。海上升压站通过更高电压等级的交流电力电缆接入岸上电力传输系统。采用交流输电网的特点主要是电力传输系统结构相对简单，技术比较成熟，可靠性较高，成本较低，但长距离交流电缆存在充电电流的问题，使得传输容量与传输距离受到限制。
　　1. 2 高压直流（HVDC）输电并网方式
　　随着海上风电场装机规模不断加大和风电场离岸距离的增加，基于传统交流输电的并网方式受传输容量与传输距离的限制，已无法满足风电场的并网需求，而在此情况下，高压直流输电并网系统在技术上和经济上具备了可行性。虽然直流输电线路两端换流站建造费用较高，但由于输电距离较长，直流电缆成本比交流电缆低，综合考虑所增加的成本并不突出，因此有必要采用直流输电技术连接海上风电场和陆上电网。与交流输电不同，直流输电不存在无功过剩与频率稳定问题，同时还具有潮流控制灵活、能限制故障电流、输电损耗小以及单位长度输电线传输电功率大等优点，因此直流输电方式特别适用于连接大型海上或远距离风电场并网。目前国内外所研究的高压直流（HVDC）输电并网方式主要有两种， 即基于PCC 技术的传统HVDC 传输方式和基于VSC 技术的轻型HVDC 传输方式。