大规模海上风电输电与并网关键技术研究

大规模海上风电输电与并网关键技术研究

滕明钧

 揭阳前詹风电有限公司  515200

摘要：作为新能源发电技术中最为成熟以及最具规模的发电方式，风力发电技术一直是我国关注的重点新能源发电模式。随着海上风电项目建设的不断成熟，大规模海上风电输电与并网技术开始得到应用。文章将重点对大规模海上风电输电与并网关键技术展开重点分析，并会针对技术的发展趋势进行预估，希望能够为我国风力发电技术发展与建设提供一些助力。

关键词：风电输电与并网技术；海上风电项目；高压交流输电技术；发电质量处理技术

虽然我国在风力发电方面的研究一直处于不断提升的状态，但与陆上风电研究相比，我国的海上风电研究工作还存在着有待提高之处。为确保风电并网影响以及功率预测等技术研究能够达到理想状态，业界人员加大了对大规模风电输电与并网技术的研究力度，期望能够不断对海上风电开发设计以及并网运行等内容进行优化和完善。就目前的海上风电项目建设情况来看，较为常见的大规模海上风电输电与并网关键技术，主要体现为以下几个方面：

一、大规模海上风电输电与并网关键技术

（一）高压交流输电技术

该项技术简称为HVAC技术，会通过对发电机组的应用，产生电压信号以及频率信号等信息，并在换流器的作用之下，将其转换为恒压恒频交流电，通过升压操作以及海底线路运输的方式，将其运输到陆地变电站之中，进而完成相应的发电活动。技术整体系统结构相对较为简单，整体施工成本投入较小，但由于在使用过程中需要进行交流电转换以及海底线路运输，所以整体应用存在着局限性问题，建造距离以及发电规模等方面相对有限，一般适用于距离海岸线100公里之内的并网系统。

（二）发电质量处理技术

由于海上作业整体环境相对较为复杂，传统处理技术主要以无滤波器应用为主，会通过电能对斜坡进行过滤的方式进行失去电能的补偿。该项技术在使用过程中存在较强限制，在实施谐波过滤过程中，可能会出现电压或者电流快速上升的情况，会直接引发谐振等问题。为确保技术应用可以达到最佳，技术人员开始对处理技术进行改善，通过对有源滤波器入网方式进行合理调整的方法，对线路中失去功率进行有效补偿，达到良好电能质量，而此种技术也被称之为发电质量处理技术。

（三）无功补偿技术

我国较为常用的无功补偿技术，主要以在并网点设置变电站开关，通过对并联抗电器进行应用的方式，对线路中的电压以及电流稳定性进行保护。发电机组在应用过程中需要不断提升无功容量，确保能够具备良好的调节效果，可以根据具体要求安装无功补偿装置，确保线路运输整体质量能够达到预期。

图1 海上输电并网系统

（四）高压直流输电技术

此种技术更适用于中远距离发电工作，具有可操作性理想以及使用灵活等方面的优势，是今后海上发电重要应用技术之一。较为常见的高压直流输电技术主要分为传统直流输电技术以及柔性直流输电技术两种模式。后一种输电技术的整体应用范围相对较广，具有调节功率能力强以及谐波产生概率低等方面的特点，输电质量较为理想。随着技术研究的不断深入，两种技术开始进行融合，开始在陆地变电站中使用传统直流输电技术，在海上发电中采用柔性直流输电技术，通过对两项技术进行有效运用的方式，保证并网整体质量（图1为海上输电并网系统）。在对柔性直流输电技术进行使用过程中，需要对三电平换流技术进行应用，需要通过对模块化技术的合理使用，对技术应用过程中存在的叶波量等问题进行有效控制。需要不断提升并网系统中的电源性能，保证输电线路稳定程度。

（五）分频并网技术

该项技术在使用过程中并不需要安装换流器等设施，整体运维成本以及施工成本相对较低，在使用过程中只需要运用三次交流操作，便可以完成传输到并网的整体运行。分频并网技术主要包括模块化多电平矩阵式换流器以及晶闸管交变转换器两种转换模式，其中后一种交换模式属于半控式设备，具有施工成本低以及安全系数高等方面的优势，在大规模海上风电作业中应用较为理想。模块化交流期属于新型变频设备，功能水平相对较高，带有独立的控制器，能够对系统中功率进行有效调节，减少不必要的补偿器使用。可以通过对开关量进行合理控制的方式，对谐波产生问题进行有效预防。可通过展开模块化设计的方式，对线路中过电流以及过电压进行处理，可以达到切实提高整体输电系统运行安全性的目标。

二、关键技术发展趋势分析

（一）加大对电厂交流并网特性的研究

为进一步扩大整体风电项目规模，会出现风电场距离岸边距离不断增加的情况，并网线路会出现不断加长的趋势，在引路高抗之后，很容易会出现线路电容与高抗之间发生抑制或者引发谐振的状况，所以需要对电厂交流并网特性进行深度研究，确定有效的解决处理方式，保证大规模风电项目中的并网运行效果。同时，需要对有限空间平台中的无功补偿配置问题进行分析，掌握在造价最小条件下的无功电压控制方式方法，保证电压控制的灵活性。

（二）增强柔性直流输电技术与交直流混联系统运行控制技术研究

虽然近几年柔性直流技术的研究数量呈现出明显增加的趋势，但在灵活性以及可靠性研究方面，仍然存在有待提高之处，需要进一步加大对技术的研究力度，做好设备研制以及控制策略研发等各项工作。同时，需要进一步加大对主网联合运行模式的研究力度，做好交直流混联系统控制分析，不断对海上组网设计以及运行控制方式进行探讨，保证输电与并网的运行效果。

（三）优化电厂机电系统以及变电系统和送出系统设计

通过对路上风电场以及海上风电场的分析可以发现，两者之间的地理环境存在明显差异，而运行可靠性和技术经济可行性都与设计环节集成有着密切关联，所以需要根据环境的整体情况，不断对设计环节集成进行优化，做好送出系统、机电系统以及变电系统的设计工作。需要通过和国外研发机构进行有效沟通的方式，通过不断摸索以及构建示范应用基地的方法，不断提高即便电系统的整体设计水平，保证系统的集成度以及可靠性，确保系统应用效果能够达到最佳，能够为海上风资源的高质量应用奠定扎实基础。

（四）风电场远程集群运行控制技术研究

需要对海上风电出力规律进行深度分析，做好风电功率的预测以及数据观测，加大对卫星观测数据以及四维同化等技术的应用力度，不断完善复合数据源海上风电功率预测方式。此外，由于风电运维会受到环境影响，所以需要加大对海上风电远程集群控制以及智能运维技术的研究力度，通过构建信息交互模型以及控制体系架构等方式，突破集群控制关键技术局限，保证海上风电控制能够得到切实优化，运行特性能够得到不断调整，可以达到理想的风电系统运行状态，能够更好地完成海上发电任务。

结束语：

由于风电技术的快速发展，能够在有效满足社会用电需求的同时，加大对绿色经济发展的有效推动，会对我国整体发展产生积极影响，所以需要进一步加大对海上风电相关技术的研究力度。需要按照大规模海上风电输电与并网技术特点，展开关键性技术的研究工作，并在掌握各项技术基本情况以及应用要点等详细内容的基础上，做好技术整体发展趋势预估，根据技术今后的主要发展方向对其进行深度研究以及不断优化，确保技术应用效果可以达到最佳，进而获得良好的社会效益以及经济效益。

参考文献：

[1]克拉克森.2021年全球海上风电市场年终回顾与2022年全球海上风电市场展望[J].珠江水运,2022(6):3.

[2]佚名.我国海上风电场送电系统与并网关键技术研究取得重要进展[J].风能,2017.

[3]李健涛.海上风电场接入柔性直流电网的故障穿越策略研究[D].华南理工大学,2019.