【院士专栏】王锡凡等：海上风电并网与输送方案比较

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海上风电并网与输送方案比较

王锡凡，卫晓辉，宁联辉，王秀丽

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.31.001

作者简介

　　王锡凡，男，中国科学院院士，西安交通大学教授，博士生导师，IEEE Fellow，《中国电机工程学报》顾问委员，主要研究方向为电力系统分析、规划，电力市场及新型输电方式。共出版著作11本（其中英文著作4本）。在国内外发表论文300余篇。其著述被国内外期刊论文引用3500多次。获省部级以上奖励11项，均为第一获奖者。

　　卫晓辉，男，博士，主要研究方向为分频风力发电系统及其控制。

　　宁联辉，男，博士，主要研究方向为新能源并网及控制。

　　王秀丽，女，博士，西安交通大学教授，博士生导师。主要研究方向为电力系统规划及可靠性，电力市场及新型输电方式。获省部级以上奖励5项，均为第二获奖者，中国电机工程学会可靠性专业委员会委员，中国电机工程学会电工数学专业委员会委员，《现代电力》杂志编委，《电力系统自动化学报》杂志编委。

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项目背景

　　我国海上风力资源丰富，开发海上风力资源具有重要的现实意义。大容量远距离的海上风电将是未来风电发展的一个趋势，如何实现大容量海上风电的远距离输送是一个极具现实意义而又十分迫切的课题。目前，世界范围内还没有形成一套独立的海上风力发电机组设计方法和标准。风电技术保密非常严，有限的海上风电技术更是如此。因此，发展掌握核心技术并具备具有自主知识产权的海上风力发电技术也就尤为重要。

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论文所解决的问题及意义

　　本论文旨在研究海上风电系统的3种并网技术及输电方式。对3种不同的海上风电并网的技术可行性、经济性及效率等方面进行了讨论分析，主要介绍了分频海上风电系统。

　　本论文可为未来海上风电系统的发展提供一定的参考，主要介绍了一种具有自主知识产权的分频海上风电系统，在目前的技术和经济条件下，分频海上风电系统是一种具有优势和竞争力的海上风电方案。

图1 分频风电系统

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论文主要内容

　　大容量远距离的海上风电是未来风电发展的趋势。本文介绍了海上风电系统的3种并网技术以及输电方式：工频交流、高压直流输电及分频输电技术。分频海上风电系统是一种具有自主知识产权的本土技术。本文主要对这3种海上风电并网的技术可行性、经济性以及效率等方面进行了讨论，并对海上风力发电技术进行了总结和展望。

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结论

　　1）工频交流（high voltage alternating current，HVAC）输电虽然结构简单，但由于受到电缆充电电流的限制，通常只适用于近海小规模风电场。基于自换向的电压源换流器(voltage source converter，VSC)的直流输电方式由于容量较小、功耗较大，适用于中小规模风电场；基于线换相换流器(line commutated converter，LCC)的直流输电方式和分频风力发电系统容量大、损耗小，因此适用于大规模海上风电场。

　　2）HVDC中电缆会出现空间电荷积累现象，从而会影响直流设备的绝缘以及安全可靠运行。传统的交流系统保护，如过电流保护、距离保护和差动保护等，均不适宜直接应用于直流电网。目前也没有成熟的直流断路器技术以及DC/DC变压器，海上直流电网技术并不完全成熟，分频海上风电系统不失为一种具有优势的方案。

　　3）从技术角度来讲，分频风力发电的实现并没有技术上的障碍，也有很多可以借鉴的经验。LCC-HVDC技术已经非常成熟，两端VSC-HVDC技术也已经比较成熟，但多端VSC-HVDC技术在拓扑结构、运行方式、潮流计算、故障保护和关键设备，如高压直流断路器及DC/DC变压器等方面，仍需深入研究。从经济角度来讲，分频风力发电系统比目前应用最广的VSC-HVDC系统经济性更好，将其应用于海上风电时，由于减少了海上换流站平台而更有优势。

　　4）多种输电技术、多种并网结构共存是未来风力发电的趋势。传统的LCC-HVDC已经运行多年，在其基础上加入VSC-HVDC技术，很容易改造为混合HVDC系统，并且并网结构也会越来越复杂。这些都为未来的风电发展提出了更大的挑战。

　　5）分频风力发电系统已成为海上风力发电系统研究的一个新潮流，具有更经济、可靠的优势，尤其适用于大规模远距离海上风力发电系统；国外分频风电系统相关研究仍旧处于理论仿真阶段，目前本课题组的研究已经处于深入研究阶段，并已有初步实验成果。分频风电系统值得进一步深入研究以及实际应用推广。

引文信息

王锡凡，卫晓辉，宁联辉，等。海上风电并网与输送方案比较[J].中国电机工程学报，2014，34(31)：5459-5466.

WANG Xifan, WEI Xiaohui, NING Lianhui, et al. Integration Techniques and Transmission Schemes for Off-shore Wind Farms [J].Proceedings of the CSEE, 2014，34（31）：5459-5466 (in Chinese).

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