采用二极管整流单元和模块化多电平换流器的混合型远海风电送出方案

目前基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统是远海风电并网的典型方案,而整流站采用二极管不控整流单元(diode rectifier unit,DRU)可以进一步提升直流输电系统的经济性和可靠性。基于DRU的海上风电并网方案能否实施的关键在于海上交流系统电压的幅值和频率能否得到有效控制。为此,提出在整流侧采用DRU和MMC并联的混合型远海风电送出方案。首先,阐明了混合型远海风电送出系统的拓扑结构和运行特性,DRU承担全部海上风电功率传输任务,整流侧小容量MMC用来建立海上交流系统的交流电压幅值和频率,并为DRU提供无功功率补偿。针对这一控制目标,提出混合型远海风电送出系统协调控制和故障穿越策略,其中,整流侧MMC采用附加有功功率控制的交流电压幅值/频率控制,风电机组在海上交流系统故障时主动降低输出电流。最后,在PSCAD/EMTDC中对风速波动、海上交流系统短路故障、陆上交流电网短路故障进行电磁暂态仿真,验证所提出方案的可行性。

远海风电柔性直流送端交流系统故障协调控制

为提升远海风电对称双极柔性直流送端交流系统单相接地故障和两相短路故障工况(第一类故障)下的功率输送能力,以及三相接地故障工况(第二类故障)的交流电压稳定性,提出海上换流站协调控制策略。首先分析了第一类故障的过电压和极间环流产生机理,以及第二类故障的交流电压失稳机理。在此基础上,提出了功率平衡控制策略和输出有功电流策略。第一类故障下定电压控制极采用限压策略,功率平衡控制策略抑制极间环流,增大定电压控制极的功率,减少了交流电压控制器响应时间,提升了功率输送能力。第二类故障工况下,定电压控制极切换为交流电流控制模式,定功率控制极的输出有功电流策略抑制电压相量幅值和相位变化,解决了交流电压失稳的问题。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建远海风电柔性直流送出系统仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略有效性。

采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案

远海风电场具有更加丰富和稳定的风能资源,是未来风电发展的主要趋势,目前远海风电主要通过柔性直流系统并网。整流侧采用二极管不控整流单元(diode rectifier unit, DRU)具有明显的经济优势和发展前景,是学术界和工业界的研究热点。为了进一步提高远海风电送出系统的经济性,以整流侧采用DRU的高压直流输电系统为基本拓扑,提出采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案,通过把风电场交流电网的运行频率选为100~400 Hz,可以大幅度减小升压变压器和交流滤波器的体积和重量。同时,提出适用于中频不控整流直流系统的风电机组控制策略,其中,机侧换流器采用定直流电压控制,网侧换流器在全局统一参考坐标系下同时实现定功率控制和定交流侧电压控制。最后,通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真,对所提方案的可行性进行验证。

面向海上平台轻型化的跟网型中频远海风电场直流送出方案

海上风电具有广阔的发展前景,而可靠、高效的大规模远海风电并网系统是开发海上风电的关键技术。针对远海风电直流送出系统的海上平台轻型化问题,提出一种跟网型中频远海风电场直流送出方案。该方案采用跟网型风电机组,直流系统的整流侧和逆变侧都采用模块化多电平换流器(MMC)。首先,从拓扑结构和控制系统2个方面对该跟网型中频方案进行了描述;接着,就海上风电场交流系统运行频率对风电场及其直流送出系统的影响进行了分析,包括对变压器、交流电缆和MMC等的影响。基于±320 kV/1000 MW海上风电直流送出系统,分析了100 Hz跟网型中频方案的技术经济性,包括关键电气设备的主回路参数、海上交流电缆造价、海上平台造价、风机造价、交流电缆损耗和整流站阀损耗、交流电缆输电能力。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了跟网型中频方案的电磁暂态仿真模型,验证了该方案的有效性。

基于二极管不控整流单元的远海风电低频交流送出方案

远海风电场凭借其丰富稳定的风能资源成为未来风电发展的主要趋势。目前已投运的远海风电送出工程大多采用柔性直流输电技术,其投资成本较高。为此,提出一种基于二极管不控整流单元(diode rectifierunit,DRU)的远海风电低频交流送出方案。该方案取消了海上换流器平台,采用DRU代替常规交–直–交变频器中的低频侧换流器,能够有效降低工程的投资成本和运行损耗。由于DRU不具备主动控制能力,提出适用于远海风电低频交流送出系统的风电机组控制策略,其中机侧换流器采用定直流电压控制,网侧换流器则在全局统一参考坐标系下同时实现最大功率跟踪控制和交流侧电压控制。最后,通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真,对风电功率波动、陆上交流电网三相短路故障和海上交流电网三相短路故障等典型工况下的系统响应特性进行研究,验证所提方案的可行性。

远海风电输电和制氢经济可行性分析

远海风资源丰富,可用于发展更大装机容量的风电场,具备发展氢储能应用的潜力。输电工程和制氢工程是远海风电开发利用的2种途径。首先建立了远海风电输电工程的全寿命周期成本模型。其次,推导了质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解槽能量效率的计算过程,基于PEM电解槽的"功率-效率"特性模型,评估氢气产量,建立远海风电制氢工程的全寿命周期成本模型。最后结合算例评估了2种途径的经济效益。

基于主动换相型电流源换流器的远海风电并网系统

主动换相型电流源换流器(current source converter,CSC)无需较大储能电容且兼具黑启动能力,为远海风电直流并网提供了可行方案;然而,现有CSC因采用脉冲宽度调制,存在直流谐波大、开关损耗高等缺点。对此,提出一种基于基频调制电流源换流器的远海风电并网系统,首先分析其拓扑结构和数学模型,并对CSC进行参数设计,然后提出稳态控制策略和黑启动控制策略,最后在PSCAD/EMTDC仿真环境中,对提出的控制策略和设计的参数进行仿真验证。仿真结果表明,提出的远海风电并网系统能平稳完成风电场黑启动,能稳定控制风电场交流电压/频率,具有良好的稳态特性,并能适应稳态下风电出力的波动。

远海风电两种送出方案的经济性评估

基于海上风电发展趋于深远海化的现状,针对海上风电送出方式选择问题,从经济性层面对柔性直流和低频交流两种海上风电送出方案做出评估。运用现金流折现的方法,结合装机容量1000 MW、离岸距离100 km的典型远海风电场景,从工程投资和运维费用等方面开展了研究。结果表明,相较于柔性直流方案,低频交流输电在中远距离海上风电送出场景下具有一定的经济优势。同时,比较了风机采用35 kV和66 kV两种汇集电压的经济性,得出66 kV汇集方案更具经济性的结论。

Trimble RTX技术在远海风电项目中的应用

文章介绍了海上风电的发展趋势、常见定位技术的参数、RTX系统的组成和原理,通过实际项目的应用,统计了RTX建立控制网的精度、RTX技术定位放样精度,并对项目沉桩定位作业流程进行了简要说明。结果表明:(1)RTX建立控制网精度平面优于35mm,高程精度优于37mm。(2)RTX技术实际应用于远海风电项目时,沉桩定位中的误差优于140mm。RTX技术无需基准站、易维护、精度高等特点,可广泛应用于远海风电项目。

远海风电送出技术应用现状及发展趋势

远海风电高效可靠送出是实现中国能源转型和保障能源安全的重要载体。针对远海风电直流送出,结合工程实践全面论述了海上风电直流的应用现状和存在问题,指出了海上风电柔直小型化的主流方案和海上风电直流组网的发展趋势。同时对近期研究热点二极管整流送出方案进行了梳理,明确了降低全控设备器件数量是基于跟网型风机二极管整流送出亟待解决的问题,多构网风机稳定运行和自启动是实现基于构网型风机二极管整流送出亟须解决的问题。结合世界首个低频输电工程,介绍了海风低频的2种拓扑技术。最后对远海风电送出各技术方案未来的应用场景进行了展望。

海上风电项目进度及风险管理策略浅析

我国海洋面积近300万平方公里,海洋资源丰富,基于此的海上风能资源更是用之不竭,为保证国民生活学习工作能源供应,实现我国共建绿色节能战略,开发海上风力能源是必要举措。特别是沿海城市的电力供应,由于人口密度大,电力供应负荷巨大,采用海上风力对其提供电力供应是缓解沿海城市电力供应负荷的有效措施。然而,进行海上风电项目开发及施工,受限于环境、设备设施、工作人员等影响,开发难度较大并伴有诸多风险,因此,如何在保证工作人员生命安全的前提下进行海上风电项目开发及施工,并确保其施工进度控制风险管理成为必须要解决的问题,本文就海上风电项目进度及风险管理策略进行简要分析,力求为我国海上风电项目开发进献绵薄之力。

一种改进型混合式直流耗能装置

混合式直流耗能装置是一种技术经济性较高的抑制远海风电柔直送出系统受端交流故障直流母线过电压的技术方案。为解决典型混合式直流耗能装置投切工作过程中子模块向直流系统反馈能量问题,研究了一种投切过程具备子模块过电压可控自泄放的改进型混合式拓扑方案,分析了拓扑的工作原理,提出了控制逻辑和子模块电压均衡策略,明确了关键参数的设计方法,基于PSCAD仿真模型验证了所提控制策略和设计方法的正确性。最后研制了原理样机,搭建实验平台,验证了所提方案具备工程可实施性。

跟网型海上风电中频汇集柔性直流送出系统的最优频率选择

远海风电场采用跟网型风机配柔直送出系统是已得到广泛应用的典型远海风电送出方案,但是目前存在海上换流站平台造价较高的问题。跟网型海上风电中频汇集柔性直流送出方案可以减小换流器的体积重量和造价,是提高工程经济性的一种有竞争力的方案。针对跟网型海上风电中频汇集柔性直流送出系统的最优频率选择开展研究,首先计算了频率变化时海缆的单位长度参数和载流量,基于海缆典型接线研究了不同频率下海缆的选型方案。然后分别计算了不同运行频率下集电系统功率损耗和海上换流平台阀损耗。最后,分别计算了集电系统功率损耗和海上换流平台阀损耗的折现电价、集电系统和海上换流平台的投资成本,基于经济性综合结果表明最优频率位于150~200Hz范围内。