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解析海上风电场并网方式

国际新能源网  来源:上海科学普及出版社  日期:2018-03-06
  随着能源的巨大消耗和环境的严重污染,风能成为世界各国普遍重视的可再生能源,风力发电已经成为一种新兴的重要发电形式。风力发电技术的成熟和完善使得海上风力发电已逐步成为风电发展的新领域。在我国,相对于陆地风能,海上风能有其独特的优势,因此海上风力发电将会成为我国电力能源结构的重要组成部分。
 
  技术背景
 
  风能属于不稳定能源,受风速的影响很大,而且风电场的出力大小也是变化的,取决于风速的大小,特别是存在高峰负荷时期风电场可能处理很小,而非高峰负荷时期风电场可能处理很大的问题,所以风电场接入电网后将对电网的安全运行产生严重影响。所以风电电网接入的方式显得尤其重要。
 
  电网必须提供足够的手段保持电网的安全稳定运行,同时对大规模风电场的运行性能指标提出要求。海上风电场一般分布在远离海岸线的区域,呈现多个风电机组集中分布和并列运行的特点,每个风电机组都类似于一个小型的发电厂,其对电网的影响因各机组本身性能的差别而不同。
 
  综合而言,大型海上风电场接入电网需要考虑的因素有:
 
  风电接入后对电网稳定性影响;
 
  风电接入后对系统无功电压影响;
 
  风电接入后对电能质量的影响;
 
  风电接入后对电力系统运行成本的影响。
 
  风电电网接入技术现状
 
  传统电网的接入模式是一点接入、多点使用,即一般的电网的功率源是唯一的,满足附近所有的用电用户使用。但随着分布式风力发电的兴起,电网中的功率由一点变为多点,并且分布在不同的地理位置,这就导致了电网的运行模式变为多点接入、多点使用,每个功率源的潮流方向都不是固定的,也就是说,可能由风电场向电网中发出功率,也可能从电网中吸收功率,这对于风电场的电网接入技术会产生很大的影响。
 
  目前,考虑到众多因素,海上风电场的电网接入技术主要有交流接入技术和直流接入技术两种方法,交流输电和直流输电构成海上风电场的电网接入系统。
 
  高压交流输电接入
 
  对于海上风电场的高压交流输电接入方式,海上风力发电机发出的交流电传输到海上风电场的交流集结系统的交流母线上,集结后经变压器升压,由交流海底电缆接入陆上主电网。由于交流电缆线上的充电电容很大,发出无功功率,会导致风电场的出口电压变高,所以在接入电网前必须装设无功补偿装置,当海上风电场正常运行时,无功补偿装置吸收无功,当海上风电场发生故障时,需要它向海上风电场提供无功支持。
 
 
  该接入方式最大的优点是系统结构简单、成本低,在实际工程中一般用于传输容量小,传输距离短的风电接入系统。
 
  高压直流输电接入
 
  由于目前发电厂发出的电和用户的负荷用电大部分都是交流供电,如果要采用直流输电,就需要加装换流站,把交流电变换为直流电输送出去。简单的两端高压直流输电系统主要分为两个换流站和直流输电电缆线路。直流输电系统可以通过控制直流电压和直流电流,实现对传输功率的控制,同时可以通过改变直流的极性来使得潮流反转,便于两段电网的互联。
 
  研究发现,海上风电场通过轻型直流输电接入电网,可以使得电网的系统损耗降低、电压稳定性提高、电能质量显著提升,海上风电场的穿透功率和无功环境也将得到明显改善。
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