天津市海上风电场并网模式规划研究

来源：职称驿站所属分类：电力论文
发布时间：2013-02-21浏览：24次

　　概述：本次研究参考国内外海上风电技术发展的经验，根据天津市海上风电场规划布局分别对海上风电技术发展、风电场总装机规模、风电场并网模式、风电场并网电压等级进行分析，并结合天津市海岸和近海地形特点，对汉沽海域和大港海域六座风电场不同并网方案进行综合比较分析，提出并网线路和设施空间需求，为今后天津市海上风能资源开发利用预留空间条件。

　　关键词：海上风电场,并网模式,高压交流输电,高压直流输电

　　1 引言

　　近海地区风电场建设与传统风电场建设主要区别之一就是受地理条件影响，风机不能就近接入邻近电网且并网线路需要穿越部分近海海域，对风电并网造成一定困难，而风电场并网发电又是风能资源利用的重点，没有并网的风电无法提供稳定可靠的电力供应，因此探索研究适合我市的海上风电场并网模式对我市开发利用风能资源有着极其深远的意义。

　　2 海上风电场并网模式研究

　　2.1风电场接入系统电压等级的选择

　　海上风电场的装机容量一般都在100MW以上。风电场接入系统的电压等级一般根据风电场的规模、地理位置、周边地区电网的现状、发展规划等因素综合考虑选择。

　　容量在100MW左右的海上风电场，其电力电量主要考虑就地平衡、消纳，在满足并网技术条件的前提下，可选择以110kV或220kV电压等级直接接入地区220kV变电站。一定规模的海上风电场(例如容量在500MW左右)，可根据中心升压站位置，以220kV电压等级接入500kV或220kV枢纽变电站。大规模集中开发的海上风电场(例如容量在1000MW以上)，可考虑采用500kV电压等级直接接入主干电网。

　　2.2风电场升压变压器

　　目前国际市场上的风电机组出口电压大部分是0.69kV或0.4kV，为减少输电系统的电力损耗，一般一台风电机组配备一台变压器，先升压至35kV，再根据海上风电场的规划考虑设置不同规模的海上升压站。

　　2.3海上风电场的主要并网方式

　　2.3.1交流输电并网方式

　　当海上风电场的规模相对较小且风场离海岸离较近时，风电机组一般采用交流电缆的输电方式接入陆上电网。采用交流输电并网的特点主要是电力传输系统结构简单，成本低，但传输容量和传输距离受到限制。

　　2.3.2基于LCC技术的传统HVDC(直流)并网方式

　　随着海上风电场规模和风电场离岸距离的增大，有必要采用HVDC技术连接风电场和陆上电网，尤其是风电场额定容量为500MW以上的系统。虽然采用直流传输线路时，线路两端换流站的建造费用比较昂贵，但考虑到直流电缆成本比交流电缆低等各种因素，与交流传输方式相比，采用这种输电方式所增加的费用并不那么突出。

　　2.3.3基于VSC技术的HVDC(直流)并网方式

　　基于VSC的HVDC输电技术是20世纪90年展起来的新型HVDC输电技术，与基于LCC的HVDC输电技术不同，它解决了基于LCC的传统HVDC输电需要吸收大量无功功率和换相失败等问题。基于VSC技术的HVDC输电特别适用于风电场与交流主网的接入系统。即使在发电和负荷变化极快的情况下，也能给交流电网增加很大的稳定裕度，还可以消除湍流风和塔影引起的电压闪变[1]。

　　2.3.4 海上风电场的主要并网方式比较

　　选择何种方式进行海上风电场并网，需要考虑各种风电并网方式的特点。总的来讲，交流传输并网方式结构简单，成本低，但是传输距离和容量受限，适合小容量、近距离的海上风电场并网;LCC-HVDC的传输并网方式不受传输距离的限制，但换流站成本较高，一般用于特大型海上风电场并网;VSC-HVDC的传输并网方式优点最多，非常适合于海上风力发电场与岸上电网的并网连接，但VSC-HVDC输电系统的最大传输容量目前只能达到几百兆瓦，且换流站成本较高，因此比较适合于中大型海上风电场的并网[2]。

　　三种并网方式的经济选择范围如图1所示。一般风电场额定容量在180MW以内，离岸距离在120km之内，采用交流并网比较合适;当额定容量在350MW以内时，采用基于VSC技术的HVDC输电系统并网比较合适;更大容量的风电场则需要采用基于LCC技术的传统HVDC输电技术。

　　2.4海上风电场输电线路的经济比较

　　换流站的造价和系统设计的电压等级、电流水平等关系并不明显，基本和传输容量有关，价格一般在900元/kW 左右。对于柔性直流工程，由于它刚刚起步，并且仅仅在欧美少数国家投产，因此，目前还很难为其做出适合中国国情的报价预测，但不会低于900元/kW 的水平。对于交流输电系统，其变电站建设和其他设备费用成本基本为 300 元/kW[3]。轻型直流输电系统的工程造价约为交流系统的2.35倍，但是系统损耗仅为交流系统的2/3。从长远看，随着轻型直流输电技术的成熟，系统及电气设备造价的进一步降低，轻型直流输电系统运营经济性将会更好，综合优势更加明显，更具有推广应用价值[4]。

　　3 天津市海上风电场建设方案

　　从尽量满足相关区划、规划的要求;协调与城市规划、海事、海洋、军事、航运、渔业及环境生态保护的关系;具备较好的水文地质、并网、交通运输和施工安装等场址建设条件等方面综合考虑。天津市海上风电场主要分为两部分：汉沽海域场址和大港海域场址并划分为六个区域。规划参数如表1所示：

　　4 天津市海上风电场并网模式

　　由于天津市海上风电场两个场址分布相对对立，每个场址规划装机容量不同，距海岸距离差异较大，因此可以各成系统，分别确定两个风电场址的并网模式和并网电压等级。

　　4.1汉沽海域风电场并网模式

　　汉沽海域三个风电场装机容量均小于180MW，距岸距离均小于120km，可确定汉沽风电场采用交流输电并网模式。

　　(1)汉沽1号风电场通过5~6条35kV海底电缆接入陆上北疆电厂。

　　(2)汉沽2号风电场通过5~6条35kV海底电缆接入陆上沿岸独立设置的110kV升压站，升压后通过110kV线路接入规划临港新城220kV变电站。其中沿岸规划的110kV升压站容量3×63000kVA，需独立占地5000平方米。

　　(3)汉沽3号风电场通过3~4条35kV海底电缆接入陆上沿岸独立设置的110kV升压站，此升压站可以与汉沽2号风电场共用一座。升压后通过110kV线路接入规划临港新城220kV变电站。

　　由于汉沽3座风电场风电场距岸较近，采用35kV输电方式比110kV或220kV不会增加过多的电力损耗，并结合资金投入和建设难度的考虑，汉沽3座风电场不采用110kV或220kV电压等级输电方式。

　　4.2大港海域风电场并网模式

　　大港海域三个风电场规模偏大，装机容量均大于180MW，距岸距离均小于120km，可确定大港风电场采用基于VSC技术的直流并网模式。但考虑到大港1号和2号风电场距岸很近，采用交流输电并网模式比直流输电并网模式产生的功率损耗合算成的费用要小于建设直流换流站所增加的成本，因此大港1号和2号风电场采用交流输电并网模式，大港3号风电场采用基于VSC技术的直流并网模式。

　　(1)大港1号风电场通过9~10条35kV海底电缆接入陆上沿岸独立设置的220kV升压站，升压后通过220kV线路接入规划大港八220kV变电站。其中沿岸规划的220kV升压站容量3×150000kVA，需独立占地15000平方米。

　　(2)大港2号风电场通过5~6条35kV海底电缆接入陆上沿岸独立设置的220kV升压站，此升压站可以与大港2号风电场共用一座。升压后通过220kV线路接入规划大港八220kV变电站。

　　(3)大港3号风电场通过8~9条35kV海底电缆接入海上独立设置的直流换流站升压站，将交流电转换为直流电后通过海底直流电缆接入陆上沿岸设置的直流换流站升压站，再将直流电转换为交流电后通过线路接入规划大港九220kV变电站。其中海上和沿岸规划的直流换流站需独立占地15000平方米。

　　5 结语

　　天津市海上风电场主要特点是距岸距离较近，虽然采用110kV或220kV电压输电线路可以减少低压输电线路所产生电力损耗，但效果并不明显，所以基本不考虑建设海上升压站。关于陆上升压站规模的选择，要考虑到海上风电场输电容量的具体情况，选择合适匹配的规模。

　　参考文献

　　[1]姚伟，程时杰，文劲宇. 直流输电技术在海上风电场并网中的应用[J]. 中国电力, 2007, 40(10): 70-74.

　　[2]BARBERIS, NEGRA N, TODOROVIC J, ACKERMANN T. Loss evaluation of HVAC and HVDC transmission solutions for large offshore wind farms[J]. Electric Power Systems Research, 2006, 76(11): 916-927.

　　[3]贾一凡. 海上风电柔性直流输电系统分析与经济性评估研究[D]. 上海：上海交通大学，2008.

　　[4]赵清声，王志新，张华强，等. 海上风电场轻型直流输电的经济性分析[J]. 可再生能源, 2009, 27(5): 94-98.

《天津市海上风电场并网模式规划研究》

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