海上风电场无功补偿系统研究.pdf

海上风电场无功补偿系统研究发表时间：2017-11-03T15:44:28.870Z来源：《电力设备》2017年第18期作者：徐雪源魏华栋卢永魁李玮许卫东樊潇[导读]摘要：本文首先介绍海上风电场的概貌及其电气结构的特殊性接着从电力输送、电网规定、大孤岛运行模式三方面阐述对其进行无功补偿的必要性并结合国外工程的实际经验逐一探讨无功补偿策略。（山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013）摘要：本文首先介绍海上风电场的概貌及其电气结构的特殊性接着从电力输送、电网规定、大孤岛运行模式三方面阐述对其进行无功补偿的必要性并结合国外工程的实际经验逐一探讨无功补偿策略。关键词：海上风电场并网标准无功配置原则0引言“十二五”规划明确要求对我国能源产业进行深度变革发展安全、经济、清洁的新型能源。在新能源发电领域风力发电是最成熟和最具开发规模及条件的发电方式之一。2005年以来我国政府颁布一系列相关政策推动风电产业的进步使近些年来我国风电装机容量增长迅速实现连年翻倍甚至成指数增长。目前世界上一些国家的陆上风能利用已趋于饱和而海上风电还尚未被充分开发具有巨大的发展潜力。海上风力发电具有空间广阔、发电量大、风速较稳定、风机机组更大型化等优势因此大容量远距离的海上风电将是未来风电发展的一个趋势。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[12]。当前我国针对陆上风电的并网标准相对完善但相关标准尚未覆盖海上风电的一些特有的电气问题。本文结合国外工程的实际经验考虑海上风电场电气结构的特殊性探讨其无功补偿策略。1海上风电系统概况1.1海上风电场电气系统典型的海上风电场主要由风电机组、集电网络、海上升压站和高压出线海缆组成[3]。通常由6到10台风机组成风机组串风机组串的电能汇集至中压集电网络再经海上升压站升压并通过高压海底电缆送至陆上系统陆上系统可能将电能经过陆上升压站的二次升压送入并网点也可能直接送入并网点。其中风电机组的单机容量可达5MW以上集电网络的电压等级一般为35kV经海上升压站升压至110kV或220kV。与陆上风电场相比海上风电场主要具有电缆线路长、电气设备要求高、通达性差、运维成本更高等特点。因此海上风电场电气系统需要具有更高的可靠性以保证风电场维持长期稳定运行。1.2海上风电场的运行模式在海上风电场的全生命周期内可能运行于几种不同模式。针对海上风电场的完善的无功补偿策略应该满足在不同运行模式下无功补偿的要求。1.2.1并网模式海上风电场在绝大多数时间均运行于该模式即风场正常并网发电。风场出力可能根据调度指令发生变化。1.2.2小孤岛模式实际运行中海上风场可能运行于脱网状态这有可能是在施工阶段或者是当风机和海上升压站施工完成但高压海缆施工延期或者正常运行状态下高压海缆或者电网侧出现故障使风场脱网此时风电场需要保持独立运行状态。1.2.3大孤岛模式如1.2.2节中所述当风场处于脱网状态下风机均停止运行。但考虑到海上环境的特殊性绝大多数风机制造商均要求风机内部重要辅助设备的断电时间不能超过规定限值。这些辅助设备包括风机内部除湿、除盐雾系统导航照明系统通讯系统等。长时间停电将严重影响风机寿命同时也导致风机制造商无法满足相关质保承诺。为实现在风场脱网状态下对风机辅助设备的持续供电一种可能的设计方案是在海上升压站配置匹配容量的柴油机组使其在提供平台站用电的同时具备通过集电网络实现对风机辅助设备供电的能力。这种运行模式即为风场的大孤岛模式。2海上风电场无功补偿的技术要求2.1高压侧出线海缆无功补偿与风场出力我国已规划的海上风电场装机容量大多在200MW及以上且设计有海上升压站的风场离岸距离通常较远[9]。与陆上风电场多采用架空线不同电力从海上升压站输送至陆上升压站或者集控中心是通过长达数十公里的海缆而海缆单位长度电容是架空线路的数倍其充电功率也远高于架空线[10]。因而海上风电场采用长距离高压海底电缆输电时高压侧海缆相当于一个很大的电容器。根据海缆长度不同无功功率通常在20-200MVar。值得注意的是由于海缆产生的无功功率与其运行电压的平方成正比同等距离下采用220kV电压等级的海缆时无功补偿问题更突出。另外线路的电容效应会导致线路末端电压升高可能产生工频过电压问题。综上高压侧海缆存在以下问题：（1）产生大量充电功率；（2）存在过电压问题。（2）是由（1）导致的且这两个问题最