（一）特点概要
1.参量
影响海上风电场电气系统结构设计的参量很多，最重要的有风电场和风电机组的选址、并网机会、风电机组容量（MW）、风电机组特性、所接入电网特点以及电气系统安装环境。前两项参量决定了风电场距并网点的距离，这是影响风电场并网系统设计和成本的关键因素。风电机组容量决定了场内电气系统的设计方案。
目前已经实现将风电机组并入交流电网，但若能通过直流系统将风电机组并入电网，则可优化风电场成本，因此这也将有可能成为未来的发展方向。海上风电场最好能并入电压等级在100～380kV之间且接纳能力较强的电网，否则就需要额外的输电线路或通过其他方法来维持电网的稳定性。
安装并网系统所使用的海底电缆需要考虑土壤的结构、形态以及电缆受损伤概率等因素的影响，目前已投入应用及其他可行的技术方案决定了并网系统的安装和维护成本。
2.设计选项
并网系统首先面临的问题是是否选择直流输电技术。目前，如果风电场与并网点之间的距离大于50km，则交流输电效率较高。直流输电适用于传输功率较大的场合，如将多个风电场的输出整合后，通过一回或两回电缆线路并入电网，德国一些较偏远的风电场就应用了这种输电方案。由于通往岸上的输电线路几乎没有剩余容量，因此设法减小线路损耗非常重要。目前风电场技术方案选择通常取决于初始投资、运行和维护成本以及系统损耗。
交流并网系统电压等级一般介于100～250kV之间。电压等级的选择取决于所接入电网的电压等级、风电场容量、输电距离和线路损耗。由于风电场场内系统电压等级较低（风电机组一次升压后电压介于22～50kV之间），而并网电压等级较高，因此有必要建设海上升压变电站（OHVS）。对于离岸较近的风电场，运行损耗本身比较小，如不设海上升压变电站，则初始投资也会大大减小。与此相比，通过升高输电电压等级减小线路损耗所获得的收益较小，因此出于投资与收益的考虑，可以选择不设立海上升压站。风电场设计时还需要对连接风电机组的场内系统进行优化，风电场的输出通过并网点（PCC，公共连接点）接入电网。海上升压变电站可以实现全部并网要求，但如果在岸上也安装相应的设备，如变压器和其他无功补偿装置等，则效率更高。
（二）场内系统
1.基本情况
沿海风电场场内电气系统的网络布局和设计方案主要根据风电机组的容量、数目和位置，以及土壤等环境条件和海上升压变电站的具体情况确定。
海上风电场风电机组和升压变电站之间通过海底电缆连接，可以通过提高电压等级来减小场内电气系统的功率损耗，这在理论上是可行的，但受风电机组及其相关设备（箱式变压器、断路器等）的尺寸和成本影响，场内电压等级一般不超过36kV。
风电机组和海上升压变电站的海底电缆连接方式如图6-2-5所示。
图6-2-5 风电机组和海上升压变电站的海底电缆连接方式(www.xing528.com)
2.电缆设计
与输电系统一样，海上风电场场内电气系统也使用三相交流海底电缆（图6-2-6）。与单相电缆相比，三相交流电缆结构复杂且灵活性较差，但电缆敷设相对容易且不易受外界环境影响而遭到破坏。海底电缆的敷设方式取决于土壤条件和外部可能受到的破坏影响。
海底电缆通常使用钢带护套以防止遭到捕鱼设备和小型船锚的破坏。用于数据通信的玻璃纤维集成于电力电缆中。一般使用防护套或者膨胀带来防止水对海底电缆的腐蚀。
3.电网（拓扑）结构
场内电气系统可以通过改变线路长度和电能损耗来进行优化。电能损耗随电缆长度增加而增加，同理，安装和维护成本也是如此。减少风电机组组数可以减小未来成本，同时海上升压站电气系统结构得到简化，J形管（用于海底电缆与其他海上电气设备的连接）数量也有所减少。图6-2-7所示为北海某风电场内电气系统结构示意图。
从发电、设备安装和维护等角度考虑，风电场的电气系统结构布局越简单越好。如果J形管在所有风电机组基础上的位置相同，则二级钢管及其辅助设备的故障风险会有所减小。此外，由于海底电缆与风电机组的连接情况更加清晰，故海底电缆受到破坏的风险也会降低，与海底电缆的安装、检查和维护密切相关，这在风电场运行期间也是成立的。
图6-2-6 高压三相海底电缆
图6-2-7 北海某风电场场内电气系统结构
4.J形管设计中的电缆容量
电缆容量很大程度上取决于环境温度和允许的导热情况。因此电缆设计需考虑土壤的热传导性。在砂质土壤中，如荷兰北海区域，土壤的热传导性好，有利于电缆设计和控制成本。
风电机组和海上升压站的电缆都通过J形管连接，J形管对船只等造成的机械损伤和其他外部损坏起保护作用。J形管顶部为电缆悬挂设备（图6-2-8）。悬挂设备使得电缆和J形管之间的连接更加牢固，同时限制了电缆与环境之间的热交换。鉴于在电缆线路中潜在的重要作用，电缆和J形管设计应被予以特殊关注。相关设计和计算参数如空气温度、太阳光辐射、风速、电缆特性和负荷的大致情况。
图6-2-8 海底电缆所使用J形管的上法兰
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