海上风电场输电方式经济性的比较
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于规 模较 大 ， 与陆 地距 离 也较 远 ， 对空 间要 求较 其
场输 出功率曲线 ， 根据输 出功率曲线拟合 了交直 流输电系统各设备费用公式． 文献 ［ ］ 原理上 ３从 比较 了交直流输 电方式 的优 缺点． 文献 ［ ］ ４ 从电 压损 耗 和可靠 性角 度对 不 同容量 风 电场 的交直 流 输电方式进行 了比较． 文献 ［ ］ 电能损耗 、 ５从 电气 设备单位成本变化 、 电能成本计算对不 同容量风 电场不 同电 压 等 级 的交 直 流 输 电 系统 进 行 了对
ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｏ ａ ｅ ．Ａｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｎ ｒ ｎ ｍｉ ｉｎ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ，ｔ ｅ ｄ ｓ ｎ ｅ ｂ ｔ ｅ ｈ ｆ ｈ ｒ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔ ｔ ｓ ｓ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉｓ ｈ ｉｔ ｃ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅ ｏ ｓ ｏ ｅ ｆ ａ ｓ ａ ｗｉ ｄ ｆｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｍａｎ ａ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｎ ｆｖ ｌ ｇ ｅ ｅ ，ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｄ ｆ ｅｅ ｔ ｃ ｌｗｉ ｎ ｎ ａｍ ｎ ｈ ｉｌ ｎ ｎ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔｏ ｏｔ ｅ ｌ ｖ ｌ ｉ ｅｅ ｔ ｋｎ ｓ ｏ ｌｃ ｒ ａ ｒ ｇ ａ ｉ ｉ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｎｒ ｄ ｃ ｄ； ｔ ｅ ｏ ｒ ｒ ｎ ｍｉｓ ｎ ｃ ｎ ｍｉ ｃ ｓｓ ｒ ｃ ｌ ｕ ａｅ ｙ ｔ ｍ ｒ ｉ ｔ ｕ ｅ ｏ ｈ ｐ ｗｅ ｔ ｓ ｓ ｉ ｅ ｏ ｏ ｃ ｏ ｔ ａ ｏ ａ ｅ ａｃ ｌｔ ｄ； ｔ ｅ ａ ｇ ｏ ｈ ｒ ｎ ｅ ｆ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｓ ｓ ｍｓ ａ ｄ ｖ ｌ ｇ ｅ ｅ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｒ ｎ ｍｉｓ ｙ ｔ ｎ ｏ ｔ ｅ ｌｖ ｌａ ｅ ａ ａｙ ｅ ． ｏ ｅ ａ
时 的 电流不连 续 ， 在直 流线 路 短 路 时 限制 换 流器 的峰值 电流 ； 电容 器 组 件是 和 电压 器 并联 的一 系
路， 在交流输电系统 中会产生很大的电容电流， 从
而明显降低电缆输送 有功功率 的能力， 因此交流 系统适合小容量 、 短距离的电力传输．
２ Ｈ ＤＣ输 电 系统 Ｖ
上风患颇
一
叫— ＝ 巾 ｌ ＝
亩 浦
／
Ｅ ３
－
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１ 呻 因 ＼ Ｌ ＿
一 匝夔囤 －
十
海上变电站 海底 电缆
一 ，’ ＾
岸上 变电站 ｆ 嶙
— —
Ｌ— — — — — — — — ． — — — — — — — — Ｊ
苎
源自文库
——、ｒ １—． ， —｜
无功补偿
Ｉ ｛ 一
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图 ２ 传 统 高 压 直 流 输 电 系统
设备
图 １ 典 型高压交流输电系统
２ １ 直 流 电缆 ．
直 流 电缆 目前 有充 油 电缆 、 滴 流 电缆 ， 不 以及
１１ Ｘ Ｐ ． Ｌ Ｅ海 底 电缆
交联 聚 乙烯 电缆等 ． ｖ ｃ系统 中使 用 的是 聚合 在 ｓ 物挤包 绝缘 电缆 ， 这是 一种 挤压 式单 极 电缆 ， 有 具 体积 小 、 度高 、 量轻 、 强 重 传输 容量 大 、 绝缘 水平优 越 、 保易 铺设 等特点 ， 环 解决 了传 统 电缆 由于绝 缘 体 中空 间电荷 导致 的局 部 高 电场 引起 绝 缘 击穿 ， 以及 温度 敏感 引起 的压力分 配 不均匀 导致 绝缘 体 外部 过应 力等 问题 ， 电缆 在 恶 劣 的海 底 条 件 和 使 深水 条件 下都 可 以敷 设 Ｊ ．
理、 电压 、 电能损耗 、 可靠性角度考虑得较多 ， 而从
通 讯作者 简介 ：胡荣 （ ９２一） 女 ， １６ ， 副教授 ， 湖北武汉人． 主要研究 方向为 配电网优化规划 及 配电 网评估 与改造 等
Ｅ ｍａｌ ｈ ｒ ｎ ６ ＠ １ ６ ｃ ｍ． — ｉ： ｕ ｏ ｇ ２ ２ ．ｏ
基 金项 目：上海市教育委员 会重点 学科建设 项 目（５ ３ ３ ； 海市人才 发展基 金 （ｏ ９ ２ ） Ｊ１０ ） 上 ２ｏ ｏ ６ ．
上的变电站． 为了降低线路损耗并提高输送能力， 风 电场 通 常会 配置 海 上 升 压 站 ， 变 电站 的容 量 其
配置要 与 风 电场 的容 量相 匹配 ． 流输 电系 统 的 交 无功补 偿 装 置 （ Ｓ 如 ＶＣ装 置 ） 安 装在 电缆 两 侧 可 或一侧 引． 通常 电 缆 线 路 的分 布 电 容 要 远 大 于架 空 线
上
海
电
力
学
院
学
报
经 济成本 角度研 究 的结 果较 为粗 略 ， 数据较 少 ． 本文 在 分 析 高 压 交 流 （ Ｖ Ｃ 和 高 压 直 流 Ｈ Ａ ）
（ Ｖ Ｃ 输 电 系统 的结 构 及 特 点 的基础 上 ， 虑 Ｈ Ｄ ） 考
要 交 流 系统 提 供 换 相 电压 ， 传 统 的 Ｐ Ｃ 换 流 即 Ｃ
Ｅｃ ｎ ｍ ｉ ｍ ｐ ｒｓ ｎ ｏ ａ ｓ ｉｓｏ ｏ ｏ ｃ Ｃｏ ａ ｉｏ ｆＴｒ ｎ ｍ ｓｉｎ Ｓ ｓｅ ｆＯｆｓ ｏ ｅ Ｗ ｉ ｄ Ｆａ ｍ ｙ ｔｍ ｏ ｆ ｈ ｒ ｎ ｒ
ＨＵ Ｒ ｎ ，Ｌ Ｕ ｉ ｏ ｇ Ｉ Ｂ ｎ，ＨＵＡＮＧ Ｌ ｎ － ｎ ｉｇｌ ｇ ｉ
器， 它克服了传统换流器的许多缺点 ， 具备其 自身 的优 势． 照直 流 电路 的设 计 ， 按 自换相 换 流器可 进
一
步 分 为 电 流 源 型 换 流 器 （ Ｃ ｒ ｎ ｏｒｅ ｕｒ ｔ ｕｃ ｅ Ｓ
Ｃ ｎ ｅｔ ，Ｃ Ｃ ）和 电 压 源 型 换 流 器 （ ｏｔ ｅ ｏ ｖｒ ｒ Ｓ ｅ Ｖ ｌ ｇ ａ Ｓｕｃ ｏ ｖｒ ｒＶ Ｃ）７． ｏｒｅＣ ｎｅｔ ， Ｓ Ｅ ｅ ］
随着现代 Ｈ Ｄ Ｖ Ｃ技术 和电力 电子技术 的发
展 ， 据运 行原 理可 将换 流 器分 为两大类 ： 根 一是 需
胡
荣， ： 等 海上风电场输电方式经济性的 比较
５１ ５
列 电容器 组 ， 于提 供 换 流 阀工 作 时所 需 要 的无 用 功 功 率 ． 在 Ｖ Ｃ系统 中 ，Ｓ Ｓ Ｖ Ｃ由 ＩＢ Ｇ Ｔ阀桥 、 流控制 换 器 、 流 电 抗器 、 流 电容 和 交 流 滤 波器 组 成． 换 直 其 主要 设 备 大为 减少 ， 并实 现 了模块 化设 计 ， 称为 被 轻 型直 流输 电． Ｐ Ｃ输 电相 比， Ｓ 与 Ｃ Ｖ Ｃ在 技 术 上 有 了很 大 改进 ， 经济 成本 也有 较 大程 度 的降低 ． 其
比． 析 已有 研 究 发 现 ： 输 电 方 式 的 研 究 从 原 分 对
大， 对传输容量要求也较高 ， 因此从经济成本和技 术 特点 的角 度看 ， 如何 选 择 风 电场 输 电系 统 的输
电方 式十 分重 要 ．
文献 ［ ］ ２ 在考虑风速模型的基础上模拟风电
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ０ １— ７— ５
海上 直流输 电系 统 主要 由直 流 电缆 、 流 站 换 及其 辅助 设备构 成 ， 图 ２所示 ． 如
海上决漱 ， 删
１ ＨＶ ＡＣ输 电 系统
ＨＶ Ｃ输 电系统 可靠 性高 、 Ａ 连接 简单 ， 一种 是 较 成 熟 的 技 术 ．该 系 统 主 要 由 交 联 聚 乙 烯 （ Ｌ Ｅ 海 底 电缆 、 上 升 压 站 ， ＸＰ ） 海 以及无 功 补 偿设 备 ３部分 组成 ． 型 的 Ｈ ＡＣ输 电系统 见 图 １ 典 Ｖ ．
第２ ７卷 第 ６期
２１ ０ １年 ｌ ２月
上
海
电 力 学 院 学
报
Ｖ １２ ｏ ． ７， Ｎｏ ６ ． Ｄｅ ． ２ ｌ Ｃ ０１
Ｊ ｕ ａ ｏ Ｓ ａ ｇ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ Ｅｌｃ ｒ Ｐ ｗｅ ｏｒ ｌ ｆ ｎ ｈｎ ｈｉ ｉ ｅ ｓｔ ｙ ｆ ｅ ｔｃ ｉ ｏ ｒ
换 流站包 括 换 流 器 、 流 变 压 器 、 流 电抗 换 换 器、 谐波 滤波 器 ， 以及直 流 电容 ． 这些 设备 的功 能 如 下 ： 流 变 压 器 为换 流 器 换 提 供适 当大小 和相 位 的换 相 电压 ， 直 流 系统 发 在
生短路故障时， 其阻抗还起限制短路电流 、 避免换 流器损坏的作用 ； 交流滤波器用来 吸收换流变压 器所产生的谐波 ， 减少谐波对交流系统的影响 ， 同 时向换流站提供无功功率 ， 而直流滤波器用于吸 收直 流侧 的谐 波 ； 波 电抗 器 能 够 平 抑 直 流线 路 平 中的谐波电流 ， 减少逆变器的换相失败 ， 防止轻载
Ｋｅ ｒ ｏ ｓ ｏ ｅ ｗｉ ａ ｍ ；ＨＶＡＣ；ＨＶＤＣ；ｅ ｏ ｏ ｃ ｃ ｓ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｆ ｈ ｒ ｎｄ ｆ ｒ ｃ ｎ ｍｉ ｏ ｔ
由于海上风能资源 比陆地上丰富 ， 风速 、 发电 量、 风轮转速 ， 以及风能利用效率都 比陆地上高 ， 因此 近几 年来 ， 上 风 电场 技 术 发 展 迅 猛 ¨ ． 海 Ｊ大 型风电场的容量可达几百兆瓦甚至几千兆瓦 ， 由
级的不同 ， 给出了海上风 电场输 电系统 的多种接线 方式 ， 并对各种方式进行 了成本计算 和详细分析 ， 得出了各
种输电方式 、 输电 电压等级 的适 用范 围．
关键词 ：海上 风电 ； 高压交 流 ； 高压直流 ； 经济成本
中图分类 号 ：Ｔ １ ； Ｍ ２ ； ６ ． Ｍ ６ ４ Ｔ ７ ７ Ｆ０４ ２ 文献标志码 ：Ａ
２ ２ 换流 站 ．
交联 聚 乙烯海 底 电缆 具 有 良好 的导 热 性 ， 不
受落差 限制 ， 不需补充 电缆油 ， 维护方便 ， 且载流 能力 和承受 短路 电 流能力 较强 ， 应用 广泛 ．
１ ２ 海 上 变 电站和 无功 补偿 设备 ．
海 上风 电场 的线 路从 集 电系统 出来后 汇集 到 海 上变 电 站 ， 通过 升 压 变压 器 将 电 能输 送 到 岸 再
器； 二是不 需要 交 流 系统 支 持 换 相 的 自换 相 换 流
交 直流输 电 的不 同 电气 接 线 方 案 ， 根据 交 直 流输 电方式 、 电场 离岸 距离 和 电压等级 的不 同 ， 出 风 给 了海上 风 电场输 电 系统 的多 种 接 线方 式 ， 对 各 并 种方式 进行 实 际成 本 计 算 ， 出 了不 同输 电 方式 给 和 电压 等级 的适用 范 围 ．
文 章 编 号 ： １０ ４ ２ （ ０ １０ ０４ ０ ０ ６— ７ ９ ２ １ ） ６－ ５ ９— ５
海 上 风 电场 输 电方 式 经 济 性 的 比较
胡 荣， 刘 彬， 黄玲玲
２０９ ） ００ ０
（ 上海电力学院 电力 与 自动化工程学 院，上海
摘
要 ：比较 了高压交流输 电方式和直流输 电方式 的特点 ， 根据交直 流输电方式 、 风电场离岸距离和 电压等
（ ｃｏｌｆＥｅｔｃ ｏ ｅ ｎ ｕｏ ａｉ ｎ ｉ ｅ ｎ ， Ｓｈｏ ｏ ｌ ｒ ｗ ｒ ｄＡ ｔｍ ｔ ｎＥ ｇｎ ｒ ｇ ｃ ｉＰ ａ ｏ ｅｉ
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场输 出功率曲线 ， 根据输 出功率曲线拟合 了交直 流输电系统各设备费用公式． 文献 ［ ］ 原理上 ３从 比较 了交直流输 电方式 的优 缺点． 文献 ［ ］ ４ 从电 压损 耗 和可靠 性角 度对 不 同容量 风 电场 的交直 流 输电方式进行 了比较． 文献 ［ ］ 电能损耗 、 ５从 电气 设备单位成本变化 、 电能成本计算对不 同容量风 电场不 同电 压 等 级 的交 直 流 输 电 系统 进 行 了对
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而明显降低电缆输送 有功功率 的能力， 因此交流 系统适合小容量 、 短距离的电力传输．
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源自文库
——、ｒ １—． ， —｜
无功补偿
Ｉ ｛ 一
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图 ２ 传 统 高 压 直 流 输 电 系统
设备
图 １ 典 型高压交流输电系统
２ １ 直 流 电缆 ．
直 流 电缆 目前 有充 油 电缆 、 滴 流 电缆 ， 不 以及
１１ Ｘ Ｐ ． Ｌ Ｅ海 底 电缆
交联 聚 乙烯 电缆等 ． ｖ ｃ系统 中使 用 的是 聚合 在 ｓ 物挤包 绝缘 电缆 ， 这是 一种 挤压 式单 极 电缆 ， 有 具 体积 小 、 度高 、 量轻 、 强 重 传输 容量 大 、 绝缘 水平优 越 、 保易 铺设 等特点 ， 环 解决 了传 统 电缆 由于绝 缘 体 中空 间电荷 导致 的局 部 高 电场 引起 绝 缘 击穿 ， 以及 温度 敏感 引起 的压力分 配 不均匀 导致 绝缘 体 外部 过应 力等 问题 ， 电缆 在 恶 劣 的海 底 条 件 和 使 深水 条件 下都 可 以敷 设 Ｊ ．
理、 电压 、 电能损耗 、 可靠性角度考虑得较多 ， 而从
通 讯作者 简介 ：胡荣 （ ９２一） 女 ， １６ ， 副教授 ， 湖北武汉人． 主要研究 方向为 配电网优化规划 及 配电 网评估 与改造 等
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基 金项 目：上海市教育委员 会重点 学科建设 项 目（５ ３ ３ ； 海市人才 发展基 金 （ｏ ９ ２ ） Ｊ１０ ） 上 ２ｏ ｏ ６ ．
上的变电站． 为了降低线路损耗并提高输送能力， 风 电场 通 常会 配置 海 上 升 压 站 ， 变 电站 的容 量 其
配置要 与 风 电场 的容 量相 匹配 ． 流输 电系 统 的 交 无功补 偿 装 置 （ Ｓ 如 ＶＣ装 置 ） 安 装在 电缆 两 侧 可 或一侧 引． 通常 电 缆 线 路 的分 布 电 容 要 远 大 于架 空 线
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海
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经 济成本 角度研 究 的结 果较 为粗 略 ， 数据较 少 ． 本文 在 分 析 高 压 交 流 （ Ｖ Ｃ 和 高 压 直 流 Ｈ Ａ ）
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５１ ５
列 电容器 组 ， 于提 供 换 流 阀工 作 时所 需 要 的无 用 功 功 率 ． 在 Ｖ Ｃ系统 中 ，Ｓ Ｓ Ｖ Ｃ由 ＩＢ Ｇ Ｔ阀桥 、 流控制 换 器 、 流 电 抗器 、 流 电容 和 交 流 滤 波器 组 成． 换 直 其 主要 设 备 大为 减少 ， 并实 现 了模块 化设 计 ， 称为 被 轻 型直 流输 电． Ｐ Ｃ输 电相 比， Ｓ 与 Ｃ Ｖ Ｃ在 技 术 上 有 了很 大 改进 ， 经济 成本 也有 较 大程 度 的降低 ． 其
比． 析 已有 研 究 发 现 ： 输 电 方 式 的 研 究 从 原 分 对
大， 对传输容量要求也较高 ， 因此从经济成本和技 术 特点 的角 度看 ， 如何 选 择 风 电场 输 电系 统 的输
电方 式十 分重 要 ．
文献 ［ ］ ２ 在考虑风速模型的基础上模拟风电
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ０ １— ７— ５
海上 直流输 电系 统 主要 由直 流 电缆 、 流 站 换 及其 辅助 设备构 成 ， 图 ２所示 ． 如
海上决漱 ， 删
１ ＨＶ ＡＣ输 电 系统
ＨＶ Ｃ输 电系统 可靠 性高 、 Ａ 连接 简单 ， 一种 是 较 成 熟 的 技 术 ．该 系 统 主 要 由 交 联 聚 乙 烯 （ Ｌ Ｅ 海 底 电缆 、 上 升 压 站 ， ＸＰ ） 海 以及无 功 补 偿设 备 ３部分 组成 ． 型 的 Ｈ ＡＣ输 电系统 见 图 １ 典 Ｖ ．
第２ ７卷 第 ６期
２１ ０ １年 ｌ ２月
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海
电 力 学 院 学
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Ｖ １２ ｏ ． ７， Ｎｏ ６ ． Ｄｅ ． ２ ｌ Ｃ ０１
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换 流站包 括 换 流 器 、 流 变 压 器 、 流 电抗 换 换 器、 谐波 滤波 器 ， 以及直 流 电容 ． 这些 设备 的功 能 如 下 ： 流 变 压 器 为换 流 器 换 提 供适 当大小 和相 位 的换 相 电压 ， 直 流 系统 发 在
生短路故障时， 其阻抗还起限制短路电流 、 避免换 流器损坏的作用 ； 交流滤波器用来 吸收换流变压 器所产生的谐波 ， 减少谐波对交流系统的影响 ， 同 时向换流站提供无功功率 ， 而直流滤波器用于吸 收直 流侧 的谐 波 ； 波 电抗 器 能 够 平 抑 直 流线 路 平 中的谐波电流 ， 减少逆变器的换相失败 ， 防止轻载
Ｋｅ ｒ ｏ ｓ ｏ ｅ ｗｉ ａ ｍ ；ＨＶＡＣ；ＨＶＤＣ；ｅ ｏ ｏ ｃ ｃ ｓ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｆ ｈ ｒ ｎｄ ｆ ｒ ｃ ｎ ｍｉ ｏ ｔ
由于海上风能资源 比陆地上丰富 ， 风速 、 发电 量、 风轮转速 ， 以及风能利用效率都 比陆地上高 ， 因此 近几 年来 ， 上 风 电场 技 术 发 展 迅 猛 ¨ ． 海 Ｊ大 型风电场的容量可达几百兆瓦甚至几千兆瓦 ， 由
级的不同 ， 给出了海上风 电场输 电系统 的多种接线 方式 ， 并对各种方式进行 了成本计算 和详细分析 ， 得出了各
种输电方式 、 输电 电压等级 的适 用范 围．
关键词 ：海上 风电 ； 高压交 流 ； 高压直流 ； 经济成本
中图分类 号 ：Ｔ １ ； Ｍ ２ ； ６ ． Ｍ ６ ４ Ｔ ７ ７ Ｆ０４ ２ 文献标志码 ：Ａ
２ ２ 换流 站 ．
交联 聚 乙烯海 底 电缆 具 有 良好 的导 热 性 ， 不
受落差 限制 ， 不需补充 电缆油 ， 维护方便 ， 且载流 能力 和承受 短路 电 流能力 较强 ， 应用 广泛 ．
１ ２ 海 上 变 电站和 无功 补偿 设备 ．
海 上风 电场 的线 路从 集 电系统 出来后 汇集 到 海 上变 电 站 ， 通过 升 压 变压 器 将 电 能输 送 到 岸 再
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交 直流输 电 的不 同 电气 接 线 方 案 ， 根据 交 直 流输 电方式 、 电场 离岸 距离 和 电压等级 的不 同 ， 出 风 给 了海上 风 电场输 电 系统 的多 种 接 线方 式 ， 对 各 并 种方式 进行 实 际成 本 计 算 ， 出 了不 同输 电 方式 给 和 电压 等级 的适用 范 围 ．
文 章 编 号 ： １０ ４ ２ （ ０ １０ ０４ ０ ０ ６— ７ ９ ２ １ ） ６－ ５ ９— ５
海 上 风 电场 输 电方 式 经 济 性 的 比较
胡 荣， 刘 彬， 黄玲玲
２０９ ） ００ ０
（ 上海电力学院 电力 与 自动化工程学 院，上海
摘
要 ：比较 了高压交流输 电方式和直流输 电方式 的特点 ， 根据交直 流输电方式 、 风电场离岸距离和 电压等
（ ｃｏｌｆＥｅｔｃ ｏ ｅ ｎ ｕｏ ａｉ ｎ ｉ ｅ ｎ ， Ｓｈｏ ｏ ｌ ｒ ｗ ｒ ｄＡ ｔｍ ｔ ｎＥ ｇｎ ｒ ｇ ｃ ｉＰ ａ ｏ ｅｉ
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