风力发电与直流输电.pdfVIP

1风电发展概述

21世纪初，欧洲和北美洲是全球风电发展最快的地区，近年来亚洲风电快

速崛起，逐渐成为风电的主要市场。2013年，世界风电装机容量为3.2亿千瓦，

约占发电总装机容量的5.6%；风电发电量约为6400亿千瓦.时，约占总发电量的

2.9%。2000-2013年，世界风电总装机容量和发电量均增长17倍，年均增长25%。

目前，全球已有103个国家和地区在开发和利用风电，特别是欧美国家风电已经

占到较高比例——风电已成为丹麦和西班牙的最大电源，风电占用量比重分别达

34%、21%。

随着风力发电快速、成熟的发展,很多国家已经将目光移向海上风力发电。

海上风电凭借其天然优势得以迅速发展。现如今，大型风电场正从陆地向海上发

展。相比陆上风电场，近海发电有：

1)海上风速较陆上大且稳定，一般陆上风电场设备的平均利用小时数为2000h，

在最好的情况下也不超过2600h，而在海上，设备的平均利用小时数则可

达3000h以上，风能与风速的三次方成正比，当风速增加10%时，风能将

会增加33%；

2)节约土地资源，减少噪声及对公众视觉的冲击；

3)湍流强度低，海平面摩擦力小，作用在风电机组上的疲劳载荷小，可延长设

备的使用寿命，基础也可重复利用，设计寿命可达50多年；

4)风切度小，不需要很高的塔架，可以降低风电机组的成本。总之，海上风

能利用更加充分,其能量收益比沿海风资源丰富地区陆地风机高出20%～

40%。

同时，开发海上风电场也有一些缺点，包括：

1)由于海上环境恶劣，建造和安装成本高，近海风电投资成本比是陆地的一倍

(达2万元/kW),其中,风机(含塔架)占58%,基础占20%,电气系统占16%,

项目管理占4%,其他占2%。

2)电网接入集成成本高；

3)对机组的运行及维护相对比较困难，直接导致机组可利用率下降，影响发电

量。

2VSC-HVDC在风电并网中的应用

风能是一种清洁、高效、且具有大规模开发潜力的优质可再生能源之一，因

此，风力发电技术在世界范围内得到了普遍的关注与飞速的发展。但是由于风能

稳定系数较低，大范围变化如暂时性的风向和风速变化均时常发生，造成输出的

电压或者电流也随其频繁波动，而风力发电场输出电能和连接风力发电场的该输

电系统的相应控制方法、技术和相对适用的系统特性还有待研究研发。而且规模

化的风电场多处在远离负荷中心的偏远地区或海上（海岛），风电无法就地消纳，

且当地的交流系统强度较弱。目前主要有三种输电方式，交流输电、传统HVDC

输电、VSC-HVDC输电。

2.1HVAC

交流输电线路是互联小型近海风电场和交流电网经济有效的方法。目前，交

流并网技术已被大多数风电场所使用，但是现有交流并网方案普遍存在如下技术

瓶颈：首先，采用交流并网技术的前提条件是：风电场和所连接的交流系统的频

率必须严格保持同步，同时风机对并网处交流母线电压波动较为敏感，现有运行

经验表明，交流系统电压波动是造成风机退网的主要因素之一；其次，在交流系

统发生故障的情况下，为保证风电场的稳定运行，往往需要在风场侧加装无功补

偿装置来提高风电场故障穿越能力，这样势必会加大了风电场的总体投资；最后，

对于采用交流并网的海上风电场来说，当电缆长度超过一定数值后，需要很大的

感性无功补偿装置，尤其是对于距离岸边较远的风电场来说，在线路中间进行无

功补偿几乎没有可能，交流输电由于较高的充电功率不太适宜于长距离的海上风

电并网。

2.2LCC-HVDC

高压直流输电技术非常适合远距离风场并网，用于风电并网的直流输电技术

具有以下优势：风场和受端电网之间由直流线路解耦，因此可隔离交流电网故障

传播；直流输电不受电缆充电电流的限制，因此没有传送距离的限制；直流电缆

的功率损耗比等价的交流电缆工程小。

技术发展成熟，适用于高输送功率水平的情况。目前国内向家坝上海±800

快V特高压直流输电工程是世界上建成的电压等级最高、输送距离最远、容量最

大的直流输电工程，额定输送功率容量为6400MW。当技术用于风电并网并使用

海底电缆时，在±500kV电压水平下的最大输送功率可以达1200MW.在电缆并联

情况下，还可以达到更高的功率水平。的可靠性经过四十多年的运行经验已经得

到证明，该技术的功率损耗比的损耗小。换流器正常运行时需