海上风电场电能传输技术研究

　　混合HVDC 方式结合了VSC 轻型 HVDC 与传统晶闸管HVDC 的特点。该方式在风电场端采用VSC 换流站，无需在线换流且控制灵活，而电网侧的晶闸管换流站通过逆变将风电场电功率传输到电网。这种方式虽然一定程度上降低了输电系统的成本，且不存在风电场换流站在线换流的问题，但系统的容量仍然受到由全控电力电子功率器件构成的VSC 换流站的限制。
　　1.4 海上风电场并网方式选择
　　选择何种方式进行海上风电场的并网，需要考虑各种风电并网方式的特点，并结合风电场的建设规模与离岸距离，对经济性和技术性的综合比较后确定。根据相关文献及国外工程经验[1-2] 对交流输电、传统HVDC、VSC 型 HVDC、混合HVDC 等输电方式的成本分析比较可得出以下结论：
　　输电系统成本受系统容量、输电距离以及技术方式的影响。总的来讲，交流传输并网方式结构简单，成本低，但传输距离和容量受限， 适合小容量、近距离的海上风电场并网；传统HVDC 传输并网方式不受传输距离限制，但换流站成本较高，适用于特大型海上风电场；VSC 型 HVDC 的并网方式非常适合于海上风电场的并网连接，但受到大功率IGBT 发展水平的限制，最大传输容量有限，且换流站成本较高，比较适合于中大型海上风场并网。参考国内外相关文献和研究成果，交流输电HVAC、传统常规HVDC、VSC 型 HVDC 并网方式的经济选择参考范围如图1 所示。一般风电场额定容量在180MW 以内，离岸距离在120km 之内，采用交流并网比较合适；额定容量在350MW 以
内时，采用基于VSC 技术的HVDC输电并网比较合适；更大容量的风电场则需要采用基于PCC 技术的传统HVDC 输电技术。
　　表1 对高压交流（HVAC）和高压直流（HVDC）的不同并网方式的输电特性进行了分析比较。
　　型海上风电场；VSC 型 HVDC 的并网方式非常适合于海上风电场的并网连接，但受到大功率IGBT 发展水平的限制，最大传输容量有限，且换流站成本较高，比较适合于中大型海上风场并网。参考国内外相关文献和研究成果，交流输电HVAC、传统常规HVDC、VSC 型 HVDC 并网方式的经济选择参考范围如图1 所示。一般风电场额定容量在180MW 以内，离岸距离在120km 之内，采用交流并网比较合适；额定容量在350MW 以内时，采用基于VSC 技术的HVDC输电并网比较合适；更大容量的风电场则需要采用基于PCC 技术的传统HVDC 输电技术。
　　表1 对高压交流（HVAC）和高压直流（HVDC）的不同并网方式的输电特性进行了分析比较。
　　2 海上风电场内部集电线路布局优化
　　2.1 海上风电场内部集电线路布局方式
　　根据国内外海上风电场建设经验分析[3]，海上风电场建设成本构成中除海底基建外，中高压海底电缆、海上变电站和输电通道等项目也是导致投资成本大大增加的重要因素，因此，对海上风电场内部集电线路布局优化设计有其必要性。目前，海上风电场内部集电线路布局方式主要分为放射形、环形和星形3 种基本形式，其中须重点关注的是放射形布局和环形布局。放射形布局是大多数风电场普遍采用的内部链接方法，其特点是结构简单，投资成本较低。环形布局相比放射形布局需要较高的投资成本，但能够实现一定程度的冗余，可靠性较高。环形布局可具体分为单边环形、双边环形以及由二者结合衍生出的复合环形等不同形式。
　　（1）放射形布局
　　将若干风力发电机连接在同一回中压海底电缆线路上输送到中压汇流母线，海底电缆的额定功率须大于所连接风电机组的最大功率。该布局的优点是操作简单、投资成本较低；缺点是可靠性不高。如果电缆的某处发生故障，那么整条电缆都将被迫切除，与其相连的所有风电机组都将停运。
　　（2）单边环形布局
　　在放射形布局的基础上，通过一条冗余的电缆将回路末端的风电机组连回到汇流母线上。如果电缆某处发生故障，可以通过加装在电缆上的开关设备切除，保证机组正常运行。该布局的优点是可提高内部电气系统的可靠性；缺点是操作比较复杂，投资成本较高。