用于海上风电并网的柔性 直流系统过电压和绝缘配合研究
海上风电柔性直流技术研究进展与展望
海上风电柔性直流技术研究进展与展望
张天龙;陈海焱;姜海博;张云晓;刘欣;何天宇
【期刊名称】《电力勘测设计》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】本文概述了全球海上风电发展情况,从政策、规划、资源、技术角度分析了我国海上风电发展的宏观基本面。
详细介绍了国内外海上风电柔性直流送出的主流技术路线和技术发展现状。
针对几类新型海上风电柔直系统拓扑结构,从技术、经济性方面进行了综合比较分析,并对其工程应用潜力进行了研判。
最后提出了我国海上风电柔性直流技术研究与创新发展的战略思考和建议。
【总页数】7页(P25-31)
【作者】张天龙;陈海焱;姜海博;张云晓;刘欣;何天宇
【作者单位】电力规划设计总院
【正文语种】中文
【中图分类】TM614
【相关文献】
1.大规模海上风电柔性直流输电技术应用现状和展望
2.海上风电经柔性直流并网技术标准对比分析
3.柔性直流输电技术在海上风电中的应用研究
4.提高深远海海上风电柔性直流海缆输送容量的研究
5.海上风电柔性直流输电技术研究
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用于海上风电并网的柔性 直流系统过电压和绝缘配合研究
用于海上风电并网的柔性直流系统过电压和绝缘配合研究摘要：人们生活水平的提高，用电需求的不断增多，促进了我国电力产业的不断发展。
近年来，风电建设重心逐步从西部地区转移到电力消纳较好的中东部地区，海上风电得到快速发展。
柔性直流系统凭借其独特的技术优势，正逐渐成为大规模远距离海上风电并网的主流方案。
本文就用于海上风电并网的柔性直流系统过电压和绝缘配合展开探讨。
关键词：海上风电并网；柔性直流系统；模块化多电平换流器引言无论是在可开发的资源量上，还是技术政策层面，我国海上风电目前已基本具备大规模开发条件。
我国拥有丰富的海上风电资源，中国气象局风能资源调查数据显示，我国5～25m水深线以内近海区域、海平面以上50m高度风电可装机容量约2亿kW，70m以上可装机容量约5亿kW。
近年来，我国海上风电发展迅猛，2017年海上风电新增装机达到1．16GW，同比增长97%，累计装机达到2．79GW。
1海上风电场的并网方式海上风电场的并网方式分别是高压交流并网（简称HVAC）、高压直流输电方式并网（简称HVDC）。
HVAC方式具有结构简单、成本较低等特点，发展最为成熟。
目前，使用HVAC是绝大多数陆上风电场并网的选择。
但对于规模较大的海上风电场，随着并网距离的增加，输电损耗上升较快，如果增大海底电缆截面和提高传输电压等级，将导致投资成本的急剧增加。
另外，对于距离岸边较远的海上风电，为了抑制过电压水平，需要加装较大的感性无功设备补偿并网电缆的充电功率。
同时，海上风电场交流系统必须与其接入的电网保持同步，受到扰动后仍要维持系统的同步运行。
因此实际工程中该方法一般只用于传输容量小、传输距离短的风电接入系统。
距离海岸小于50km且建设规模小于200MW海上风电场普遍采用HVAC方式。
将HVDC技术应用于风电并网，特别是对于远距离海上风电场，具有明显优势：（1）海上风电采用HVDC方式后，不需要与陆上电网保持同步，因此，海上风电场系统频率的允许变化范围较大，电网的每个联络终端都具有很强的独立性，可以依照自己的控制策略运行。
海上风电柔性直流输电及变流器技术徐孝峰
海上风电柔性直流输电及变流器技术徐孝峰发布时间：2021-08-30T05:19:15.020Z 来源：《河南电力》2021年5期作者：徐孝峰江丁勇林圣辉[导读] 近些年来，风电产业在我国技术和政策的支持下，得到了快速发展，而柔性直流输电不仅具备调节速度快，运行可靠等优势，而且还可以提高系统运行的稳定性，因此在海上风电中得到广泛应用。
（华电（福建）风电有限公司福建福州 350000）摘要：基于气候变化和能源短缺的双重压力下，发展可再生能源势在必行。
而风能作为可再生能源取之不尽、用之不竭，这就使得海上风电具备比较好的发展前景。
同时，海上风电柔性直流输电也得到了国内外学者的青睐，但是传统DFIG风电变流器无法满足海上风电发展需求，此时就需要引进先进的变流器技术，以此来更好的推动海上风电发展。
关键词：海上风电；柔性直流输电；变流器近些年来，风电产业在我国技术和政策的支持下，得到了快速发展，而柔性直流输电不仅具备调节速度快，运行可靠等优势，而且还可以提高系统运行的稳定性，因此在海上风电中得到广泛应用。
柔性直流输电属于新型直流输电技术，其一般是指在绝缘栅双极晶体管和电压源换流器的基础上研发而来，系统具备理想的自关断电流能力。
在海上风电领域，为了充分发挥柔性直流输电的优势，还需要合理引进变流器技术，下面将会对其进行全面、系统的研究。
1.海上风电柔性直流输电概述在海上风电发展过程中，柔性直流输电技术得到了广泛应用，其具备可向无源网络供电、无需额外增加无功补偿设备、能实现输电系统无功功率与有功功率独立控制等优点，可以更好的满足长距离输电要求，因此成为海上风电首选技术。
目前，在国外柔性直流输电技术已经得到大面积的推广，并产生了比较理想的环保和经济效益。
如今，大多数海上风电厂电能直流输送选择了基于轻型高压直流输电背景下的发电机集中控制并网方案，如图1所示，通过升压变压器升压后，风力发电机传输的交流电通过交流海底电缆运输至公共交流母线上，而且此时的交流电通过送端直流输电变流器转化为直流电，并且通过轻型HVDC海底电缆传输至岸上受端换流站，最后通过受端直流输电变流器将其转化成交流电后传输至公共电网使用。
海上风电柔性直流输电关键设计技术
海上风电柔性直流输电关键设计技术摘要：针对海上风电柔性直流送出的关键设计技术，本文从系统设计、接线设计、关键设备选择、绝缘配合等几个领域进行了深入研究，阐述了柔性直流设计的核心设备配置方案及参数选取原则，为柔性直流设计的主要技术原则提供了技术积累。
关键词：柔性直流; 海上风电;设计技术引言海上风电作为中国风电发展的下一个至高点，是我国实现能源结构转型的重要手段。
与陆上风电相比，海上风电具有几个优点：风力大、风密度大、风力比较稳定；离负荷中心近，不需要长距离大容量的输电线路；节约资源、节约土地，是最具发展潜力的清洁资源之一。
2022 年以来，海上风电项目离岸距离随单机容量提升不断提升，海风项目深远化趋势明显。
针对深远海风电，传统高压交流送出受无功电流、充电电压、损耗等影响，在远距离高压大容量场景下受限。
而高压直流输电由于存在换流器的触发延⾓和关断⾓以及波形的⾓正弦，需要吸收⾓量的⾓功功率，其值约为换流站所通过的直流功率的40%~60%。
因⾓需要⾓量的⾓功功率补偿及滤波设备，需要大面积海上平台用于布置以上设备。
且常规直流系统存在换相失败的问题，需要强交流系统支撑，而海上风电难以满足。
再此背景下，柔性直流输电因其不需要无功补偿，可接入弱交流系统、无源系统，占地面积小等特点，在深远海风电中的优势逐渐显现。
1、柔性直流输电网络设计技术柔性直流输电系统从网络型式上常见的有：两端型、多端型及网络型。
两端型接线：点对点，或背靠背构成，送出端换流站与接收端换流站一一对应，两端型换流站也是目前应用最多的接线型式。
多端型接线：打破两端型一一对应的特征，可以实现一端送出，多端接收。
也可以实现多端送出，一端接收。
网络型接线：在多端型接线的基础上发展而来，可是实现多个送端站和多个接收站互联。
换流站常用接线型式有对称单极、对称双极+金属回线、对称双极+接地极等几种类型，接线示意如下图：图1 对称单极接线图2 对称双极+金属回线接线图3 对称双极+接地极接线2、换流阀设计技术相较于陆上换流站，海上换流站造价对换流阀设备的重量和体积更敏感；海上高湿度、高盐度环境，对换流阀设备防护设计要求更高；换流阀采用整体运输、安装抗震抗倾斜、运行抗振动的要求高；同时海上环境下检修对天气条件要求高，且窗口期较短，对换流阀可靠性要求高。
海洋输电中柔性直流输电系统线路保护技术研究
Value Engineering0引言在海洋环境之中，由于缺少遮挡物，因此风速较大，输电线路容易受到环境因素的影响。
当前的海洋电力生产主要是以海上风电场为主，一般来说在陆地上此类电力在生产之后，往往是采取110kV 以下的低压电缆进行输送，在海洋环境下相应的输电活动则是采取110kV 以上的高压电缆输送，不过这种输电方式的技术难度相对较大，且海洋环境中相应的线路需要建设于远离陆地、人烟稀少的区域，经过长距离输送之后接入电网，其中的不可预测因素较多，而数字化技术的应用，则可以在这些条件下对输电线路的安全和稳定形成保障。
1海洋环境下的电力输送形式1.1海洋环境下的电力输送形式概述目前海洋输电的方式主要包括2种，即高压交流输电（HVAC ）、高压直流输电（HVDC ），同时在直流输电的基础上，相关的技术又可以分为基于晶闸管换流器（PCC ）的直流输电技术、基于电压源变流器（VSC ）的轻型直流输电技术和混合HVDC 直流输电技术几种。
海洋输电方式和具体设施建设过程中，主要考量的因素是其是否能够在海浪、强风、盐雾、潮湿等环境中会安全稳定地运行，以及相应的输电线路在建设成本及效能方面是否具有比较优势。
传统的交流输电模式在结构方面较为简单，建设成本低，因此受到的关注也相对较大，但同时其在应用的时候会受到交流电缆充电电流的影响，所以输电功率和输电电流将会受到较大的限制[1]。
针对这种现象，在交流输电电缆的应用中，需要采取不同的HVAC 输电模式来规避对应的电力传输问题，如针对距离相对较短、功率相对较小的情况，往往采取直接连接的方式，无需变压器和高电压输电，而如果输电功率较大，且输电的距离较长的时候，则有必要采取变压器和高压输电模式。
当前我国的海洋交流输电过程中，一般会采取配合静止无功补偿器的方式来完成输电过程。
与之相对，传统的高压直流输电方式则可以比较好地适应大功率远距离输电、海底电缆和交流系统间异步连接等场景，同时输电的损耗较低，可以控制有功和无功，海上发电厂也无需与电网同步。
基于多端柔性直流的海上风电场并网控制策略研究.
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华北电力大学硕士学位论文
摘要
海上风力发电技术作为我国大力发展风力发电的新方向，使用多端柔性直流 输电技术(Voltage-Sourced Converter Multi-Terminal HVDC，VSC-MTDC)来进行海 上风电场并网，风电功率集中向岸上大电网系统远距离输送。柔性直流输电系统 (Voltage-Sourced Converter High Voltage Direct Current，VSC-HVDC)被认为是解决 这一瓶颈问题的最佳方案。本文重点研究了用于两个海上风电场与两个交流电网 系统互联的 VSC-MTDC 并网控制策略以及针对交流电网故障或直流输电线路故障 时多端直流系统故障穿越技术的研究。
Classified Index: TM614 U.D.C: 621.3
海上风电柔性直流输电及变流器技术研究
建设 状况 ， 分析 了海 上风 电场 柔性 直流 输 电应 用技
术、 变流 器技 术特 点 、 术 关键 及 应 用 ， 合上 海风 技 结
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ４ ２ ０ Ｊ２ ， ０ ７
（ｕ ８ ） Ｓ ｍ． １
海上 风 电柔性 直 流 输 电及 变 流器 技 术 研 究
王志新 ， 李 响 ， 艾 芊 ， 解 大
（ 海 交通 大 学 电气工程 系， 海 ２ ０ ４ ） 上 上 ０ ２ ０
Ｒｅｅ ｒ ｈ ｏ ｆｈ ｒ ｉ ｄ Ｅｎｅ ｇ ｅ ｉ ｌ ｒ ｃ ｒ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｏｆｓ ｏ ｅＷ ｎ ｒ ｙ Ｆｌｘ ｂ ｅ Ｄｉｅ ｔＣｕ ｒ ｎｔ
摘
要 ： 简要 回顾 国 内外 海上 风 电场研 究 开发 与
高 、 流 强度 小 、 电机组 发 电量 多 、 能 利用更 加 湍 风 风 充分 ， 能量 收益 比沿 海 风能 资 源 丰富地 区陆地 风 其 机高 ２ ％－４ ％， 运 输 和 吊装 条件 优 越 ， 电机 ０ － ０ 且 风 组 单 机 容量 更 大 ， 年利 用 小 时 数 更 高 。经过 ３ ０多
维普资讯
２０ ０ ７年 第 ２ 卷 第 ４期 ２ （ 总第 ８ 期 ） １
文 章 编 号 ： １ ０ —６４ （０ ７ ０ —０ １ ０ ５ ５ ８ ２ ０ ）４ ４ ３—０ ５
电 力 学 报
Ｊ ＯＵＩ ＡＬ Ｕ ＯＦ Ｅ ＣＴＲＩ Ｐ Ｃ ＯＷ ＥＲ
海上 风 电场 规划 基 于评 估 、 究 地 区 风 能 资源 ， 研 综 合考 虑 电力 需求 、 网方 法 和 系统状 况 ， 入 以及 地 质 、 地貌 、 道 、 航 鱼类 生产 等 因素 ， 综合 进行 技 术经 济分
大规模海上风电经柔性直流送出系统继电保护及振荡抑制关键技术研究
大规模海上风电经柔性直流送出系统继电保护及振荡抑制关键技术研究一、技术类别实用关键技术。
二、总体目标本项目通过建立适用于保护控制分析的大规模海上风电经柔性直流送出系统电磁仿真模型，研究海上交流电网、陆上交流电网、陆上交流电网和直流电缆等不同故障情况下海上风电经柔性直流送出系统故障特性，提出交直流保护原理、配置方案、整定技术及振荡识别、抑制技术，研究使用数字孪生技术实现海上风电经柔性直流送出系统一、二次设备的三维全景映射，一、二次设备状态数据的直观展示，全面提升大规模海上风电场经柔直送出系统的稳定性。
三、课题设置情况1、大规模海上风电经柔性直流送出系统故障特性研究；2、大规模海上风电经柔性直流送出系统交流电网保护方案研究；3、大规模海上风电并网的柔性直流输电系统保护方案研究；4、大规模海上风电经柔性直流送出系统振荡抑制及保护关键技术研究；5、大规模海上风电经柔性直流送出系统数字孪生技术研究。
四、项目实施期限本项目研究的起止时间为2021 年1 月至2022 年12月。
五、课题内容课题1：大规模海上风电经柔性直流送出系统故障特性研究主要研究内容：（1）研究海上风电柔直送出系统故障穿越特性及不同泄能控制策略下交直流暂态特性；（2）研究单端/双端弱电源系统情况下陆上/海上交流电网故障特性；（3）研究柔性直流换流站交直流区域及直流海缆故障特性。
预期目标：基于海上风电柔直送出系统的电磁暂态仿真模型，明确海上交流电网、直流海缆、陆上交流电网等不同区域故障情况下海上风电柔直送出系统的故障特性。
考核指标：（1）交直流故障特征研究应全面考虑风机变流器和柔直换流器的弱馈、负序抑制、故障暂态过程中的无功补偿等特性；海上交流电网故障特征的研究对象应包含风机汇集线、联络线等不同电压等级下的线路区域；（2）申请发明专利1 项；（3）发表三大检索或者核心期刊论文1 篇。
课题2：大规模海上风电经柔性直流送出系统交流电网保护方案研究主要研究内容：（1）研究适应单端弱馈系统的陆上交流电网保护新原理；（2）研究适应双端弱馈系统的高灵敏度海上交流电网保护新原理；（3）研究大规模海上风电送出的陆上/海上交流电网保护配置和整定计算方法。
浅谈在海上风电传输中采用VSC-HVDC系统
浅谈在海上风电传输中采用VSC-HVDC系统作者：贺晓泉安磊吴华平来源：《科技资讯》 2012年第20期贺晓泉安磊吴华平(中海油新能源投资有限责任公司北京 100015)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。
1 VSC-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。
海上风电通过柔性直流输电系统并网的控制策略研究
4、通过仿真和实验验证策略的有效性和优越性，分析并网控制的效果和优 化策略。
本次演示提出的控制策略具有以下优势：
1、通过对柔性直流输电系统的优化控制，可以有效提高风电并网效率；
2、采用先进的人工智能算法，使得策略具有较好的自适应能力和鲁棒性；
3、整体优化设计可以降低策略 的成本和提高可靠性；
1、有功功率控制方面：通过对风电机组的有功功率进行精确控制，策略可 以有效提高风电场的输出功率和稳定性；
2、无功功率控制方面：策略通过调节机组的无功功率，可以有效提高电网 的稳定性，降低运行成本；
3、稳定性控制方面：通过对整个风电场进行建模和控制，策略可以显著提 高电网的稳定性，增强其对复杂环境的适应性。
结论与展望
本次演示通过对海上风电并网控制策略的研究，提出了一种基于柔性直流输 电系统的控制策略。该策略具有提高并网效率、增强适应性等优势，为海上风电 并网提供了新的解决方案。通过仿真和实验验证，策略在有功功率控制、无功功 率控制和稳定性控制等方面均表现出良好的性能。然而，该策略仍存在一定的局 限性，未来研究可针对以下几个方面进行深入探讨和完善：
海上风电通过柔性直流输电系 统并网的控制策略研究
01 引言
03 技术方案 05 结论与展望
目录
02 研究现状 04 策略应用与效果分析
引言
Байду номын сангаас
随着全球对可再生能源需求的不断增长，海上风电作为一种清洁、高效的能 源形式，已经引起了广泛的。海上风电场由于其独特的地理优势，往往能够大规 模地开发和利用风能。然而，如何将这些远离陆地的海上风电场产生的电力高效 地并入电网，仍然是一个需要解决的重要问题。柔性直流输电系统（Flexible DC Transmission System, FDCT）
基于大规模海上风电柔性直流输电的探讨
基于大规模海上风电柔性直流输电的探讨摘要：面对全球气候变化与能源紧缺的双重压力，开发新能源已成为当务之急。
而且，风能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，因此，在海洋中的风力发电具有较好的发展前景。
与此同时，海上风力发电的柔性直流输电也受到了国内外学者的广泛关注，然而，传统的 DFIG风力变流器已经不能适应海上风力发电的发展需要。
这个时候，就必须要引入一些先进的变流器技术，这样才能更好的促进海上风力发电的发展。
关键词：海上风电；柔性直流输电；变流器引言最近几年，在国家技术和政策的扶持下，风力发电行业有了很大的发展。
然而，柔性的直流输电具有快速、稳定的特点，在海洋风力发电领域具有广阔的应用前景。
柔性直流输电属于新型的一种输电技术，该技术在具体应用过程中能够实现自关断电流的能力。
能力，在研发过程中主要是在绝缘栅双极晶体管以及电压源换流器的基础上进行研发的。
在海洋风力发电中，为使柔性直流输电的优势得到最大程度的发挥，还必须适当引入变流器技术，本文将对其进行全面系统的研究。
1海上风电柔性直流输电概述在发展海洋风力发电的同时，柔性直流输电技术也得到了广泛的应用。
它具有直接供电给无源网络，不需要增加额外的无功补偿装置，能够实现输电网的有功和无功的独立调节，能够更好地适应远距离传输的需求，是近海风力发电的优先选择。
目前，该技术在国外已大规模普及，取得了较为理想的环境效益和经济效益。
目前，海洋上风电站的直流电力传输送大多采用以轻量化为基础的机组集控接入方式。
经过增压变压器增压之后，电流会在风电机组的作用下，经过交流海底电缆输送到相应的母线上，在此过程中交流点会在变流器的转换下成为直流电，并由一条轻便的 HVDC海底电缆传送到岸上的受端换流站，最终经受端直流变换器转换为交流电，送往公网。
2柔性直流输电变流器概述在海洋风力发电中，电能传输的方式是：按照一定的规则，将海洋风力发电机组排列成多个相互独立的组，然后将每一个组分别与海洋升压变电站相连接。
用于海上风电并网的柔性直流系统接地方式研究
用于海上风电并网的柔性直流系统接地方式研究傅春翔; 汪天呈; 郦洪柯; 徐雨哲; 徐政; 杨林超; 张哲任【期刊名称】《《电力系统保护与控制》》【年(卷),期】2019(047)020【总页数】8页(P119-126)【关键词】柔性直流输电系统; 海上风电场; 接地方式; 模块化多电平换流器; 过电压【作者】傅春翔; 汪天呈; 郦洪柯; 徐雨哲; 徐政; 杨林超; 张哲任【作者单位】中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州 310014; 浙江大学电气工程学院浙江杭州 310027【正文语种】中文近年来，为减少化石资源的消耗和防治生态环境污染，我国大力支持发展新能源发电产业，如光伏发电、风力发电等。
目前风力发电在我国电力总装机中的比重已超过7%，成为仅次于火电、水电的第三大电力来源。
其中海上风力资源优质、丰富，且远离居民生活作业区，对环境影响较小，因而更是受到众多开发者的关注[1-2]。
到2017年4月，中国海上风电核准项目容量817万kW，并网容量148万kW，位列全球第三位，仅次于英国和德国。
随着海上风电政策的明确，建设成本的持续优化以及配套产业的日渐成熟，我国海上风电在“十三五”期间迎来了加速发展期。
海上风电的并网方式主要可分为交流并网和直流并网两种类型，当离岸距离超过90 km且风电场容量大于100 MW时，风电场采用高压直流并网更为合适[3-6]。
其中，基于电压源换流器的柔性直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current, VSC-HVDC)技术，具有控制灵活，不需要电网提供换相电压，可以为风电机组提供同步交流电源支撑等优势，是一种极为适合海上风电并网的输电技术。
采用柔直技术能够节省海上平台空间，减弱风电波动性，目前已经投运的远距离大容量风电场均采用柔性直流输电技术作为并网方案[7-10]。
现有国外海上风电采用柔性直流送出的工程中，均采用对称单极结构的两端直流输电系统，这种结构的柔直系统在直流侧没有中性极线，因此需要另外的接地结构为柔直系统提供零电位参考点。
海上风电场内部电气系统过电压及绝缘配合研究
海上风电场内部电气系统过电压及绝缘配合研究秦露露;刘建锋;王兴亮【摘要】为了解决大型风电场电气系统暂态过电压防护及绝缘配合问题,以提高风电场运行的安全可靠性,对海上风电场内部电气系统可能出现的合闸过电压、甩负荷过电压及网络故障的暂态过电压进行了仿真分析,测量了内部电气设备产生的最大过电压水平,并且选择合适的避雷器对系统进行了绝缘配合研究。
【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2016(000)016【总页数】6页(P60-65)【关键词】海上风电场;电气系统;过电压;绝缘配合【作者】秦露露;刘建锋;王兴亮【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200082【正文语种】中文【中图分类】TM614风能等可再生能源的开发与利用越来越受各国的重视,随着岸上风资源开发逐渐饱和,使得海上风电成为未来风能应用和发展的重点[1]。
截止至2013年底,国外海上风电新增装机容量达1 721 MW,累计装机容量为6 832 MW[2],其中丹麦、英国、爱尔兰、瑞典和荷兰等国家发展较快。
但是海上风电也面临很大挑战,特别是如何通过设计和建造其内部电气系统,来减少故障提高系统的可靠性[3]。
对海上风电场内部电气系统过电压及绝缘配合的研究,有助于合理地预防各类型过电压的产生,绝缘配合方案能够预防过电压对线路产生的冲击,对提高风电场运行的安全和可靠性具有重要意义。
目前针对风电场过电压研究,文献[3]建立了风电场中压电缆模拟试验电路和仿真计算平台,对比研究了风电场电缆集电系统产生的操作过电压。
文献[4]结合某实际海上风电场,计算了某岛屿的海底电缆-架空线线路的雷击过电压。
文献[5]对海上风电场内部电气系统的合闸过电压进行了仿真计算,并分析了合闸馈线产生操作过电压的过程。
文献[6]中也有类似的仿真计算研究。
本文研究的过电压类型为合闸过电压、甩负荷过电压以及系统故障时过电压。
针对过电压幅值,结合实际风电场进行了线路绝缘配合设计,可为今后解决实际工程问题提供一定的参考依据。
海上风电经柔性直流联网系统受端交流故障穿越协调控制策略
第50卷第7期电力系统保护与控制Vol.50 No.7 2022年4月1日 Power System Protection and Control Apr. 1, 2022 DOI: 10.19783/ki.pspc.210842海上风电经柔性直流联网系统受端交流故障穿越协调控制策略李国庆，徐亚男，江守其，王利猛，辛业春，王丽馨(现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)，吉林 吉林 132012)摘要：针对海上风电经柔性直流联网系统受端交流故障导致的直流过电压问题，提出了直流过电压协调抑制策略。
针对单极直流过电压，通过合理切换双极MMC控制模式，可使故障极MMC主动维持直流电压稳定。
并设计了风电场精确减载控制策略，以保证非故障极MMC满载运行，从而降低单极MMC退出对受端交流电网的影响。
针对双极直流过电压，设计了一种基于本地直流电压测量信息的风电场减载控制策略，即根据直流电压变化率及偏差量主动降低风电场有功出力，以抑制直流电压上升率及幅值。
并提出了附加桨距角控制及其参数选取原则，使风电场与各换流站内电容共同维持直流电压稳定，提高系统故障穿越能力。
最后，基于RTLAB OP5600实时数字仿真平台搭建了系统仿真模型。
不同受端交流故障情况下的仿真结果表明，所提直流过电压协调抑制策略可保证直流电压在安全运行范围，维持系统安全稳定运行。
关键词：柔性直流输电；盈余功率；交流故障穿越；风电场减载；协调控制策略Coordinated control strategy for receiving-end AC fault ride-through of an MMC-HVDCconnecting offshore wind powerLI Guoqing, XU Yanan, JIANG Shouqi, W ANG Limeng, XIN Yechun, WANG Lixin(Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology,Ministry of Education (Northeast Electric Power University), Jilin 132012, China) Abstract: To deal with the problem of receiving-end AC fault ride-through of an MMC-HVDC system connecting offshore wind power, coordinated suppression strategies of DC overvoltage are proposed to achieve the receiving-end AC fault ride-through. For a monopolar DC overvoltage, by reasonably switching the control mode of a bipolar MMC, the fault pole MMC can actively maintain DC voltage stability. The precise load-shedding control strategy of a wind farm is designed to ensure the full load operation of a non-fault pole MMC, so as to reduce the impact of monopolar MMC outage on the receiving-end system. For the bipolar DC overvoltage, a wind farm load-shedding control strategy based on local DC voltage measurement information is designed. This can actively reduce the output power of the wind farm according to the DC voltage change rate and deviation, and effectively suppress the rise rate and amplitude of DC voltage. Then additional pitch angle control and its parameter selection principle are proposed to make the wind farm and the capacitors in each converter station jointly maintain the stability of DC voltage, so as to improve the fault ride-through capability of the system. Finally, based on the RTLAB OP5600 real-time digital simulation platform, the system simulation model is built. The simulation results under different receiving-end AC faults show that the proposed coordinated suppression strategies of DC overvoltage can effectively ensure the DC voltage remains in a safe operational range, and maintains the safe and stable operation of the system.This work is supported by the Joint Funds of the National Natural Science Foundation of China (No. U2066208).Key words: MMC-HVDC; surplus power; AC fault ride-through; wind farm load-shedding; coordinated control strategy0 引言在“双碳”目标背景下，大规模开发海上风电基金项目：国家自然科学基金联合基金项目资助(U2066208)； 博士科研启动基金项目资助(BSJXM-2021105) 是未来的发展趋势。
海上风电柔性直流输电及变流器技术研究
以电压源换流器（ＶＳＣ）和绝缘栅双极晶体管 （ＩＧＢＴ）为基础的轻型ＨＶＤＣ，把ＨＶＤＣ的经济容 量延伸到了几ＭＷ到几百ＩＶｌＷ。
１）用于海上风电场柔性直流输电系统。轻型 ＨＶＤＣ系统具有常规ＨＶＤＣ的优点，还可直接向小 型孤立的远距离负荷供电，更经济地向市中心送 电，便于连接分散电源，运行控制方式灵活多变，减
万方数据
第４期
王志新等：海上风电柔性直流输电及变流器技术研究４１５
用ＨＶＤＣ联网，降低网损耗，改善电能质量等。
结构，其中：ｅ。，ｅｂ，ｅｃ为三相电源电压瞬时值，ｉ。，ｉｂ， ｉ。为三相输入电流瞬时值，Ｌ。为网侧滤波电感，Ｒ。
为滤波电感寄生电阻，Ｃｄ。为直流测滤波电容，Ｔ１～ Ｔ６为整流器功率开关。
１近海风电场研究开发与建设状况１１４ｊ 国际上开展近海风电的研究与开发始于２０世
纪７０年代，主要集中在欧洲和美国，大致分为５个 时期：１９７７—１９８８，欧洲对国家级近海风电场的资
＊基金项目：教育部留学回国科研基金（Ｎｏ．２００７１１０８）；上海市教育发展基金（Ｎｏ ２００６００３）；中国博士后基金（Ｎｏ．２００５０３８４３５）资助。
３．２柔性直流输电变流器主电路拓扑结构 图３所示柔性直流输电变流器基于ＩＧＢＴ和
ＶＳ，采用ＰＷＭ技术，其核心部件为两端的环流器 ——＿ＶＳＣ（图中虚线所包含部分）。送端和受端换 流器可采用相同的ＶＳＣ结构。ＶＳＣ使用具有高频 开断功能的ＩＧＢＴ器件，以ＰＷＭ控制方式对逆变 电路开关器件的通断进行控制，在两固定的直流电 压间快速切换来产生交流电压，并通过交流低通滤 波器从高频脉冲调制电压中得到期望的基波电压。 使用ＰＷＭ技术，可瞬时地改变交流输出电压的相 位与幅值，从而实现有功与无功的独立调节。经 ＰＷＭ逆变的交流电压可随控制系统的变化而变 化。图４所示柔性直流输电变流器的主电路拓扑
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用于海上风电并网的柔性直流系统过电压和绝缘配合研究
发表时间：2019-08-07T11:10:14.140Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：樊华[导读] 摘要：人们生活水平的提高，用电需求的不断增多，促进了我国电力产业的不断发展。
身份证号码：23011919850617XXXX 摘要：人们生活水平的提高，用电需求的不断增多，促进了我国电力产业的不断发展。
近年来，风电建设重心逐步从西部地区转移到电力消纳较好的中东部地区，海上风电得到快速发展。
柔性直流系统凭借其独特的技术优势，正逐渐成为大规模远距离海上风电并网的主流方案。
本文就用于海上风电并网的柔性直流系统过电压和绝缘配合展开探讨。
关键词：海上风电并网；柔性直流系统；模块化多电平换流器引言
无论是在可开发的资源量上，还是技术政策层面，我国海上风电目前已基本具备大规模开发条件。
我国拥有丰富的海上风电资源，中国气象局风能资源调查数据显示，我国5～25m水深线以内近海区域、海平面以上50m高度风电可装机容量约2亿kW，70m以上可装机容量约5亿kW。
近年来，我国海上风电发展迅猛，2017年海上风电新增装机达到1．16GW，同比增长97%，累计装机达到2．79GW。
1海上风电场的并网方式
海上风电场的并网方式分别是高压交流并网（简称HV AC）、高压直流输电方式并网（简称HVDC）。
HV AC方式具有结构简单、成本较低等特点，发展最为成熟。
目前，使用HV AC是绝大多数陆上风电场并网的选择。
但对于规模较大的海上风电场，随着并网距离的增加，输电损耗上升较快，如果增大海底电缆截面和提高传输电压等级，将导致投资成本的急剧增加。
另外，对于距离岸边较远的海上风电，为了抑制过电压水平，需要加装较大的感性无功设备补偿并网电缆的充电功率。
同时，海上风电场交流系统必须与其接入的电网保持同步，受到扰动后仍要维持系统的同步运行。
因此实际工程中该方法一般只用于传输容量小、传输距离短的风电接入系统。
距离海岸小于50km且建设规模小于200MW海上风电场普遍采用HV AC方式。
将HVDC技术应用于风电并网，特别是对于远距离海上风电场，具有明显优势：（1）海上风电采用HVDC方式后，不需要与陆上电网保持同步，因此，海上风电场系统频率的允许变化范围较大，电网的每个联络终端都具有很强的独立性，可以依照自己的控制策略运行。
（2）长距离的交流电力电缆受充电电流的影响，电力传输能力受限，而HVDC电缆的充电电流则非常微小，因此，输电距离可以不受限制。
（3）能够隔离海上风电系统和陆上电网的故障，某些情况下，HVDC系统还可以参与故障后的状态恢复。
（4）可以设定和控制直流传输系统的潮流。
（5）传输同样容量的功率HVDC方式损耗低，整个直流系统的运行损耗将低于等效的HV AC系统。
（6）在相同的运行条件下，单根HV AC电缆的传输容量高，三相交流线路的传输容量仅为同样规格的一对直流电缆的60％。
高压直流方式主要有两类，常规直流输电方式（LCC－HVDC）和柔性直流输电技术（VSC－HVDC）。
常规直流输电采用基于线换相换流器，柔性直流输电采用基于自换向的电压源换流器。
LCC－HVDC并网方式下为确保换流器正常换相，需要交流侧电网提供连续的换相电压，风电出力的不稳定性会导致发生换相失败故障的概率较高，海上风电场安全稳定运行的能力大大降低。
输送功率相同情况下，常规直流工程占地较大，超过交流和柔性直流输电方案占地面积的两倍以上；另外，当风力不够或者风力过大从系统中切除风机后，为保证系统稳定运行同时给风电场处的负荷供电，系统将向风电场有限度地传输有功功率，这时需要对风电侧系统进行无功补偿，但常规直流本身不能够发出无功，而且还需要增加大量的无功补偿装置，换流站的占地面积也会相应的加大，考虑到海上平台的建设难度，因此常规直流输电不适合海上风电场使用。
2用于海上风电并网的柔性直流系统拓扑结构用于远距离大规模海上风电并网的柔性直流系统与常规的柔性直流系统略有不同，用于海上风电并网的柔直系统接线图见图1。
其特点主要体现在：（1）考虑到可靠性的要求，从路上换流站开始，交流线路和直流线路都采用可靠性较高的电缆。
（2）考虑到电缆的高可靠性以及目前MMC的制造水平，用于海上风电并网的柔性直流换流站通常采用伪双极结构；伪双极结构还可以避免直流接地极的使用，减少换流站主设备。
（3）考虑到设备维护等方面的因素，换流站中通常采用2台换流变压器，使得系统基本能够满足N-1原则。
（4）通常陆上换流站需要装设直流耗能支路DCchopper（图1中R，及与其串联的开为，当陆上换流站发生交流故障后，海上换流站注人的多余功率可以通过直流耗能支路释放，最大程度避免直流侧过电压。
（5）对于一个采用伪双极接线的柔性直流系统而言，理论上只要至少有一个换流站安装接地装置，整个直流系统就可以正常运行。
由于接地装置需要占用一定体积，所以在海上换流站中一般不考虑装设接地装置，只考虑在陆上换流站安装接地装置。
（6）为了减小换流站的占地面积，通常直流侧不需要安装平波电抗器，但是会把桥臂电抗器移到换流器直流极线和串联子模块的最高/最低点之间。
图1用于海上风电并网的柔性直流系统接线图
3海上风电并网的输送方式
海上风电并网的输送方式可分为3大类：高压交流输电（HV AC）、高压直流输电（HVDC）和基于电压源换流器的轻型高压直流输电技术（VSC-HVDC）。
小型的近海风电场，一般采用技术成熟、成本较低的HV AC方式。
对于离岸较远的海上风电场，宜HVDC或VSC-HVDC方式。
相对于传统的HV AC，VSC-HVDC具有明显优势：一是直流输电没有对地电容造成的输电距离限制；二是采用双极配置时，导线（电缆）数由3条减为2条；三是VSC-HVDC技术利用电压源变流器等直流换流装置将风电场内部交流系统与外部大电网有效地隔离开，这样海上风电的强随机性、高间歇性和大波动性对主网的负面影响就减轻到最小程度，从而也放松了对海上风电场装机容量的限制；四是
该技术具有“组件化”的灵活思想，非常便于扩展，且能够独立地扩展风电机组的无功功率和有功功率，在发电和负荷快速变化的极端情况下，也能较好地增强大电网的稳定性，还可以消除塔影效应等引发的电压闪变，改善电能质量。
基于VSC-HDVC技术的海上风电场并网示意图如图2所示。
鉴于VSC-HVDC技术的优势，许多国家把它作为海上风电并网的首选技术。
截止到2011年，世界范围内已投入运行的风电场柔性直流输电工程共12项（其中5项为海上风电项目）。
德国日前竣工（2013年8月）的最大海上风电园BAＲDOffshore1（发电功率达400MW）也将采用这一技术于2014年2月并入陆地电网，我国于2011年5月建成了上海南汇风电场柔性直流输电示范工程，但在海上风电应用方面尚处于跟踪和技术储备阶段（2010年竣工并网的上海东海大桥海上风电场采用HV AC方式）。
图2基于VSC-HDVC技术的海上风电场并网示意图
结语
海上风电的并网是一项极具理论意义和实用价值的研究课题，在当前乃至今后相当长一段时间内都会是国内外的研究开发热点。
参考文献：
［1］肖运启，贾淑娟．我国海上风电发展现状与技术分析［J］．华东电力，2015，38（2）：277-280．
［2］李杰．海上风电场的电网接入技术研究［D］．合肥：安徽理工大学电气与信息工程学院，2015．
［5］缪源诚．大型海上风电场并网对配电网的影响探讨［J］．供用电，2015，27（3）：15-19．。