海上風(fēng)電經(jīng)交流電纜匯集送出系統(tǒng)暫態(tài)無功電壓建模及特性分析

孫艷霞，方是文，李震

(1. 新能源與儲能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國電力科學(xué)研究院有限公司），北京 100192；2. 北京理工大學(xué) 自動化學(xué)院，北京 100081)

0 引言

2020年，中國海上風(fēng)電裝機(jī)容量新增2.1 GW，預(yù)計(jì)到2025年，海上風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到100 GW，市場占有率超過10%，海上風(fēng)電開發(fā)利用展現(xiàn)出前所未有的前景[1]。

考慮到海上環(huán)境惡劣，局部條件變化多端，海上風(fēng)電機(jī)組須具備較強(qiáng)的抗干擾能力。由于直驅(qū)型全功率風(fēng)電機(jī)組無增速齒輪箱，具有系統(tǒng)可靠性高、運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)勢，將是未來大容量海上風(fēng)電開發(fā)利用的主要機(jī)型[2]。目前海上風(fēng)電主要采用高壓交流、高壓直流、分頻輸電3種遠(yuǎn)距離跨海送出方案[3-4]，其中高壓交流電纜輸電方式具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工程造價(jià)低等優(yōu)勢，適用于近海風(fēng)電場，在中國海上風(fēng)電開發(fā)利用上得到了廣泛的應(yīng)用[5]。海上風(fēng)電經(jīng)交流電纜匯集送出系統(tǒng)交流短路故障清除瞬間，交流電纜對地充電電容效應(yīng)容易引發(fā)海上風(fēng)電機(jī)端過壓脫網(wǎng)問題，威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[6-7]。

目前，已有相關(guān)文獻(xiàn)對海上風(fēng)電經(jīng)交流電纜匯集送出系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)過電壓問題開展了相關(guān)研究[8-12]。文獻(xiàn)[8-10]針對交流電纜充電電容效應(yīng)造成海上風(fēng)電場系統(tǒng)無功功率冗余而導(dǎo)致母線電壓超標(biāo)問題，從降低工程造價(jià)與充分發(fā)揮風(fēng)電機(jī)組的自身無功優(yōu)勢等角度出發(fā)，綜合考慮額外的高抗配置方案，提出了海上風(fēng)電場的無功協(xié)調(diào)控制策略，實(shí)現(xiàn)了對母線電壓的抑制目標(biāo)；文獻(xiàn)[11-12]針對海上風(fēng)電經(jīng)交流電纜送出系統(tǒng)工頻過電壓問題開展研究，指出海底交流電纜充電電容產(chǎn)生的充電功率是導(dǎo)致系統(tǒng)工頻過電壓的原因，提出了系統(tǒng)感性無功優(yōu)化配置方案以抑制過電壓?！?br>