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国网江苏电科院李鹏:大规模海上风电并网关键技术与前沿趋势

2022-08-18 10:03来源:北极星风力发电网关键词:风电技术海上风电并网海上风电创新发展大会收藏点赞

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海上风电相比陆上风电在土地开发、成本消纳和风能利用方面有更显著的优势。随着近海资源的开发,风电资源好的远海风电得到越来越多重视,海上风电呈现出中远海、大机组、大规模集中开发的特点,对海上风电的并网技术提出了更多的要求。

——国网江苏电科院继保自动化技术中心副主任 李鹏

2022年8月11日,北极星风力发电网主办的“第二届海上风电创新发展大会”在南京召开。大会聚焦海上风电技术降本、深海探索、自研自主、产业融合、迈向国际等主题话题,引领海上风电产业创新发展。

微信图片_20220818100214.jpg以下为发言重点摘要:

截至2022年6月底,我国海上风电累计装机,约达26.7GW。海上风电相比陆上风电在土地开发、成本消纳和风能利用方面有更显著的优势。随着近海资源的开发,风电资源好的远海风电得到越来越多重视,海上风电呈现出中远海、大机组、大规模集中开发的特点,对海上风电的并网技术提出了更多的要求。

总结看来,目前海上风电的送出主要是高压交流送出、柔性直流送出,以及采用柔性直流组网的方式,还有柔性低频输电、柔性直流组网、全直流海上风电组网等并网技术也在进行一些探索。

目前,通过高压交流并网还是主要的并网方式,它的技术简单,也比较成熟,另外升压站成本比较低,但是由于电缆的电容效应,在远距离输送的时候,充电电流会对输送能量和输送距离造成很大限制,而且远距离输送的时候还有过电压问题,需配置静态动态的无功补偿装置。

第二个主流技术就是海上风电柔性直流的并网技术,就是在海上通过风电场出来的交流电,汇集升压之后,进入海上的换流站,通过柔性直流输送,然后接到陆上的交流电网进行消纳。

当前,考虑初始投资成本、年维护成本、年损耗费用等因素,在大规模、远海岸风电送出方面,柔性直流输电技术较高压交流更具优势。

接下来介绍一下海上风电柔直并网的关键设备。

首先是风电机组,目前的如东海上风电柔直工程中主要是用的鼠笼全功率和永磁直驱两种。柔性直流换流器是整个工程的核心设备,在高压大功率应用场合主要是模块化多电平换流器(MMC),它具备子模块串联,无动态均压问题;开关频率低,损耗低;输出电压的谐波含量低等特优势。

另耗能装置是海上风电柔直并网系统的关键设备。海上风电柔性直流并网同样有故障穿越要求,在电网发生故障的时候,由于电压的降低,柔直送不出来,风电机组发的功率短时间内是保持不变的,这时大量的功率就只能累积在柔直系统的直流环节,很快就能产生过压,会引起换流器的闭锁。当前处理这个问题的主流方式是增加硬件电路,把多余的电给消耗掉。考虑到海上风电柔直应用需求,采用在陆上换流站直流侧配置耗能装置的方式,把盈余功率在直流侧消耗掉,不要累积在直流系统。

另外一个重要的设备就是控制保护系统,包括柔性直流的控制保护系统,以及一体化的监控系统。柔性直流保护系统主要完成对整个柔性直流部分的监视、运行控制和保护策略实现。一体化监控系统主要是实现海上风电场以及相关的升压站、柔直系统等于全部监控,提升海上风电运维的效率。

最后讲一讲海上风电并网的新技术研究。

低频交流输电是基于模块化多电平矩阵式变换(M3C)的交/交变频技术,主要一次设备有工频/低频变压器、低频线路、M3C换流阀等。主要是通过这种方式来缩小电气距离,减小电缆中的充电电流。低频输电的输送距离现在可能是70到170公里左右的范围比较适合,当然也会有很多的应用前景,还需要进一步验证。

另外还有全直流的海上风电的并网技术,具有以下优势:在汇集环节,直流电缆取代交流电缆,损耗更低、单位面积传输容量更大,同时解决了交流电缆充电功率带来的诸多技术问题;在传输环节,全直流海上风电并网可以通过磁性设备的高频化来省去大容量工频变压器,进而降低设备和海上平台的尺寸、重量与投资造价。

除此之外,还有一些高校在研究通过二极管的引流来实现交融的直流变换,这样的话是把海上平台的重量、造价各个方面都得到了极大的降低。还有通过组网多端直流,或者是多头直流组网的方式,来实现整个的海上风电的送出。

另外一个方面是海上风电并网安全稳定运行技术,这个主要是通过一些协调的控制,来实现整个直流和风场以及电网和风电机组的协调运行,增加储能配置来实现海上风电的可控可调,振荡抑制,吸收盈余功率实现故障穿越等。这些研究也都在开展,后面也需要实际的工程应用来检验效果。


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