海上風電分頻集電系統結構及其穩定運行影響因素仿真分析

時振堂,單俊豪,孫士奇,劉維功,仉志華

(1.中國石化大連石油化工研究院,遼寧 大連 116045;2.中國石油大學(華東)新能源學院,山東 青島 266580)

0 引言

全球化石能源短缺和環境污染問題日益嚴峻,新能源開發利用成為各國的共同選擇。我國海岸線遼闊,海上風能資源豐富[1],大力發展海上風電,對于減少碳排放,實現2030年碳達峰目標具有重要意義[2]。此外,可再生能源產業的開發和研究對我國經濟的發展也具有重大意義[3]。但海上風電系統的建設投資與運行維護成本較高,新型拓撲結構及其穩定運行控制策略成為業界普遍關注的問題[4]。

海上風電場電氣結構主要分為風電機群、集電系統和輸電系統三個部分[4]。目前受關注度高的輸電方式主要有高壓交流輸電(High Voltage Alternating Current,HVA-C)、高壓直流輸電(High Voltage Direct Curr-ent,HVDC)和分頻輸電(Fractional Frequenc-y Transmission System,FFTS)[5],其中分頻輸電方式為王錫凡院士最先為遠距離水電開發提出的一種新型輸電方式[6],近年來在海上風電的輸電研究中受到廣泛關注[7-11]。文獻[12]通過綜合比較三種輸電方式,得到分頻輸電用于海上風電的優勢:(1)相比高壓交流輸電,頻率的降低使得海底電纜的容性充電電流減小,從而大幅提高了功率傳輸的距離和傳輸容量;(2)相比高壓直流輸電,分頻輸電可使用現有的輸電電纜和交流斷路器,且交流更易于構建多端網絡。集電系統分為交流集電系統和直流集電系統。目前已投運和正在建設的海上風電場均采用交流集電系統,風力發電機端口輸出電壓通常為690V,經過AC/DC/AC變流器和變壓器升壓后接入中壓電纜,匯集電能至海上升壓站[4]。……