浅谈在海上风电传输中采用VSC-HVDC系统

贺晓泉 安磊 吴华平

摘 要:研究证明,在海上风电传输中采用VSC-HVDC技术,可以有效的实现海上风电的大规模开发。本文从VSC-HVDC系统特点分析出发,针对我国海上风电电力传输中存在的主要问题,探究VSC-HVDC系统在海上风电传输中所发挥的功能作用。

关键词:海上风电VSC-HVDC系统电力传输

中图分类号:TM721.1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0004-01

研究发现,VSC-HVDC系统(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current)与传统HVDC相比可以及时控制有功功率和无功功率,并且还能够很好的完成远程传输交涉,它所具备的很多功能特征能够弥补海上风电传输所遇到的相关问题。为了解决海上风电远距离传输,提高其运行效率和系统的稳定性,尽可能降低投资成本,研究新型高压直流VSC-HVDC系统在海上风电传输系统中的运作模式是非常有必要的。

1VSC-HVDC系统特点分析

近年来,随着电力电子技术的进步推动和大量直流工程的投入运行,使得直流输电的控制、保护、故障、可靠性等多种问题越发显得重要。VSC-HVDC这种新技术的综合应用使得直流输电技术有了新进展,其应用出现为改善交流电网的供电质量提供了新的保障,其特点主要有以下几方面。

1.1 增效节能

VSC-HVDC技术的电能损耗低于传统交流输电技术的损耗,同时HVDC需要的传输线缆更少,能减少占地,比UPS更省电,其初始成本不到UPS的70%,因此能够很好的增强效率,节约能源。

1.2 满足可再生能源远程输电

VSC-HVDC系统输电不受容性电流的影响,电压损耗低,可调节有功和无功功率的输出,保持电网稳定,传输时不会产生谐振,且不会在电网中产生短路电流。VSC-HVDC使用脉宽调制的方法产生正弦电压,控制灵活,可任意进行有功和无功控制,允许双向能量传输,故障时解耦,风场不必和电网保持同步,并可采用多端并网方式,在海上风场的发展极具优势。

1.3 输出电力均匀 利于维护

VSC-HVDC系统可以连接不同的交流电网并提高它们效率,能够补偿潮流的波动,可以避免风电场不均匀的电力输出影响电网可靠性,而且还利于维护。

2海上风电传输中存在的问题

国外海上风电发展不断成熟,但我国海上风电目前只有上海东海大桥海上风电项目投入运行,海上风电电力传输方式还在不断摸索,在采用传统风电传输技术过程中存在的问题主要表现在以下几个方面。

2.1 电能质量的不可控

由于海上风能具有不稳定性和间隙性,风电场的输出功率是动态变化的,对风电的并网运行带来了不利影响,输出功率随风能动态变化的风电场对传统电力系统的固定运行模式产生了一定的冲击。

2.2 远距离电力传输技术要求高

相比陆地风电,海上风电在风电机组、海底基础、电缆敷设的运输、安装等方面的设计技术和制造技术要求难度较大,尤其是远距离的海上风电场,其施工难度非常复杂。

2.3 电气系统设备要求高

因海上环境不可控,当系统的功率平衡受到破坏时,电网中可能会出现电压尖峰;在新的功率平衡之后,有可能造成电压升高,电压尖峰和电压升高可能会对系统的功率器件带来损害。为避免损坏,对相关电气系统设备要求远高于陆地电力传输。

2.4 成本高

与常规电缆相比,长距离海上电力传输所采用的海底电缆制造数量较少,通常这些电缆时为每个项目独特设计的,因此其线路成本和铺设费用较高。

3VSC-HVDC系统在海上风电电力传输中的应用

海上风电是风电产业发展的新趋势,我国海上风能资源丰富,具备大规模发展海上风电的资源条件。如何以较少的成本去产生更多的电力财富,是风电开发企业一直在追寻探讨的问题,针对海上风电传输的问题,在海上电力传输中采用VSC-HVDC系统其作用突出,集中表现在以下几点。

3.1 有源型直流输电

VSC-HVDC系统一端与风电场相连,另一端与电网相连,储能单元并接在VSC-HVDC的电网侧。与风电场相连的受端接受的风电功率受风能波对的影响呈现动态变化趋势,如果风电的动态功率大于预先设定的平均风能所产生的平均功率,储能单元吸收多出部分功率,处于充电状态;反之,则处于放电状态。VSC-HVDC系统中这种有源型直流输电模式可以使风电注入到电网的功率稳定,这样也就解决了海上风能不稳定性和间隙性的问题。

3.2 轻型高压直流输电

交流输电线路是连接小型近海风电场经常采用的方法,VSC-HVDC系统这种柔性直流输电技术则是远海风电场的最佳选择。柔性直流输电具有无功和电压控制能力,很好的解决了无功补偿问题,在提供频率控制和低电压穿越以满足风电并网的要求的同时,还大大降低了海上平台的体积和在极端环境下施工的复杂程度。通过对风电进行全方位控制,使风电出力的间歇性特点不会扰乱电网;更重要的是,柔性高压直流输电系统可以再在无电状态下启动,远距离输电损耗也较小,可大大降低环境对系统的影响。

总而言之,在能源消耗日益增长、环境污染日渐严重的今天,风能作为新型能源已经备受关注。海上风力发电是全球未来发展的热点,目前欧洲的海上风电发展全球领先,海上风场呈现大型化趋势,并且向深海海域发展。我国也在逐步把海上风电开发作为新型能源的主要开发地。然而,海上风电场分散性强、远离负荷中心、发电运行效率低、无功消耗大、系统稳定性差等也是需要去面对解决的问题。国内外实践证明,VSC-HVDC技术所具备的特有响应速度和控制效果能够很好的解决海上风电传输中所遇到诸多问题,还可降低海上风电的投资成本,提高电能的传输效率和系统稳定性。只有不断探索和发现,不断引进和革新技术,才能更好的开采和利用大自然的可再生能源,让大自然的更好的为人类服务。

参考文献

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