海上风电送出系统的构成及优化方案

海上风电是由海上风电机组叶片借助风力旋转发电后，由一系列交流或直流电气设备进行电能的转换、控制、变送后向大陆电网输送电能的一种新能源发电模式。由于其发电系统位于潮间带、近海或深海，故其并网方式大大有别于常见的火电、核电等陆上电源。

海上风电发展至今，其送出系统主要采用三种方式：当海上风电场的规模相对较小且风电场离海岸距离较近时，一般采用高压交流 （HVAC）输电方式；随着海上风电场规模和风电场离岸距离的增大，有必要采用高压直流（HVDC）输电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；还有一种基于电压源换流器（VSC）技术的HVDC输电方式，即柔性高压直流（VSC-HVDC）输电方式，它采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等可关断器件构成的电压源换流器，并进行脉宽调制，特别适用于风电场与交流主网的接入系统。

虽然送出方式不同，但海上风电送出系统构成大致相同，主要包含海上送出变电站（换流站）、海底电缆和陆上接入变电站（换流站）三个部分。海上风电送出系统示意图如图2-3所示，在海上风电场附近搭建承载交流变电站或直流换流站的海上平台，在受端根据风电输送规模，选择合适的陆上变电站或换流站作为受端接入站点。海上风电场离海岸距离较远的采用海底电缆，近海滩涂段和登陆段根据需要采用地下电缆或架空线路接入陆上变电站或换流站。

图2-3　海上风电送出系统示意图

1—海上平台；2—海底电缆；3—受端接入站点

HVAC输电是海上风电较为成熟的送出方式，具有连接简单、造价低等优点，早期建成的大多数海上风电场都采用此送出方式。海上风电场的电能经集电系统汇集到海上变电站，再通过海底电缆输送到陆上变电站。海上风电采用交流送出方式的原理示意图如图2-4所示。

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图2-4　海上风电采用交流送出方式的原理示意图

随着海上风电机组单机容量的增加和新建风电场规模的不断发展壮大，以及海上风电不断由浅海向深海进发，交流输电方式受输送距离的限制逐渐难以适应大规模深海海上风电送出的输电要求，而直流输电方式凭借其相对于交流输电的技术优势，将成为海上风电远距离送出的发展方向。

海上风电机组发出的交流电汇集至海上换流站，经升压变电站升压后送入整流装置，以直流电的形式经海底电缆线路送至陆上换流站，经逆变后转换成交流电送入交流电网。根据现有的技术和工程应用情况，高压直流送出方式分为传统高压直流 （LCC-HVDC）和柔性高压直流（VSC-HVDC）两种，传统高压直流输电技术普遍采用晶闸管和移相换流，柔性直流换流站采用的是IGBT和VSC，通过PWM控制能够自动调整电压、频率、有功功率和无功功率。高压直流送出方式原理示意图如图2-5和图2-6所示。

图2-5　海上风电采用LCC-HVDC送出方式原理示意图

图2-6　海上风电采用VSC-HVDC送出方式原理示意图