海上风电并网接线方式技术分析

1、    海上风电并网接线方式技术分析    周振波摘 要：在国家十三五规划的大力支持下，海上风电将得到快速的发展，海上风电场离岸距离也将越来越远，海底电缆的合理选用和可靠接线方式，关系到海上风电场的安全可靠运行，也关系到海底电缆是否能适应海上风电场容量不断增长的需求，通过可靠性分析和发电量分析，探索适合海上风电场出线海底电缆接线方式具有重要意义。关键词：海上风电场；运行方式；电量损失随着海上风电场的快速发展，海上风电场建设海域越来越偏远，离岸距离从几公里到几十公里远，复杂的海域条件对风电机组和海底电缆的技术要求越来越高，在充分考虑海上风电场的接入大陆电网

2、的安全、可靠、经济方式，同时也考虑在后续可持续发展的条件下，探索适合海上风电安全可靠运行的海底电缆接线方式将非常重要。1 项目概况海上风电场装机容量为12万千瓦，年上网电量约为2700万kwh，风电场年等效满发小时数为2300h，离距离大约为20公里。主变型号：sz11-110000/110，容量为：110mva。升压站35kv母线采取单母线分段接线方式，中间设有母联开关。35kv分段母线所带各35kv集电海缆回路功率均衡分布。2 海底电缆接线方式分析2.1 单回海底电缆（104mva）+单台主变压器（110mva）线变组接线方式2.1.1 运行方式35kv母线i段母线、ii段母线联络运行，#

3、1主变通过110kv海底电缆联接外网。2.1.2 电量损失计算（1）输送容量匹配不足导致弃风电量损失。根据风电机组出力特性曲线可知，风电机组在3m/s以上启动发电，在12m/s达到满发，切出风速为25m/s。根据风机出力特性与该区域风力资源情况得知，风速分布主要集中在4.0m/s11.0m/s风速段；风机满发时，占全年有效发电时间的10%。风电场全年有10%的有效发电时间处于满发状态，大约876小时，110kv海底电缆输送容量为104mva，按装机容量120mw，取功率因数cos=1进行电量损失估算。则电缆输送容量与装机容量匹配不足将导致全年弃风电量损失约1401.6万kwh。（2）110kv

4、主设备检修期间电量损失。根据dlt596-2005电力设备预防性试验规程规定变压器、gis开关等电气主设备检修周期为13年。假设升压站110kv主设备按每年进行一次预防性试验、检修，由于预防性试验、检修所需要时间无相关具体规定，借鉴国内容量10万千瓦陆上风电场年度预防性试验及检修时间大约在5-10天，假设海上风电场110kv主设备预防性试验、检修时间按7天来进行电量损失估算。则由于升压站110kv主设备预防性试验、检修期间将导致全年电量损失约529万kwh。（3）110kv海底电缆故障时电量损失。单回海缆因故障或检修退出运行，以海缆检修时间三个月来计算弃风电量。在海缆维修期间内无法送出电量，海

5、缆故障时间带有不确定性，假设按月平均发电量计算，装机容量120mw，按风电场年等效满发小时数为2300h来估算电量损失。则由于110kv海缆故障或受损修复导致电量损失6900万kwh。2.2 两回不同容量海底电缆（110mva+20mva）+两台不同容量主变压器（110mva+20mva）为了满足海上风电机组12万kw装机容量正常输出，按初步设计设备配置存在输送容量不足问题，根据风力发电厂设计技术规范要求，考虑增加一台容量为20mva的主变压器和一回输送容量为20mva的海底电缆。2.2.1 运行方式35kvi段母线、ii段母线分段运行，#1、#2主变分列运行；#1主变（110mva）带35k

6、vi段母线独立运行，经#1海底电缆输出；#2主变（20mva）带35kvii段母线独立运行，经#2海底电缆输出。在设备正常运行情况下能够满足风电机组装机容量12万kw满负荷运行。该方式不能满足工业与民用配电设计手册变压器并列运行条件的要求，#1主变与#2主变不能并列运行，只能分列运行。2.2.2 电量损失计算（1）110kv主设备检修期间电量损失a.#1主变检修。#1主变检修检修时，假设#1主变及相应的gis开关预防性试验、检修时间为7天，装机容量120mw，海上风电场年等效满发小时数为2300h，按#2主变额定容量（20mva）输出估算电量损失，则由于#1主变检修导致全年电量损失约454万k

7、wh。b.#2主变检修。#2主变（20mva）检修时，假设#2主变及附属设备预防性试验、检修时间为7天，假设按#1海底电缆额定输出容量（104mva）计算，风电场全年有10%的有效发电时间处于满发状态，大约876小时，则由于#2主变检修导致全年电量损失约26.88万kwh。（2）110kv海底电缆故障时电量损失a.#1海底电缆（104mva）故障时电量损失。假设#1海底电缆故障修复需要3个月，海上风电场年等效满发小时数为2300h，按#2主变额定容量（20mva）输出估算电量损失，则由于#1海底电缆故障或受损修复导致电量损失约5750万kwh。b.#2海底电缆故障时电量损失。假设#2海底电缆修

8、复时间需要3个月，风电场全年有10%的有效发电时间处于满发状态，大约876小时。按#1海底电缆额定输出容量（104mva）估算电量损失，则由于#2海底电缆故障导致电量损失约350.4万kwh。2.3 两回相同容量海底电缆（104mva）+两台相同容量主变压器（110mva）为了设备稳定运行要求和后续海上风电场增容需要，采用原两回相同容量海底电缆（104mva）+两台相同容量主变压器（110mva）接线方式。2.3.1 运行方式（1）#1主变、#2主变分列运行。35kvi段母线、ii段母线分段运行，#1主变、#2主变分列运行，#1主变带35kvi段母线独立运行，经#1海底电缆输出，#2主变带35

9、kvii段母线独立运行，经#2海底电缆输出，在设备正常运行情况下，能够满足风电机组装机容量12万kw满负荷运行。（2）#1主变、#2主变并列运行。根据工业与民用配电设计手册变电所变压器并列运行条件要求，#1、#2主变具备并列运行条件。2.3.2 电量损失计算（1）主变检修电量损失。由于两台主变和两回海底电缆技术参数一样，单台主变的容量为110mva，单回海底电缆输出容量为104mva，假设单台主变及相应的gis开关等设备预防性试验、检修时间为7天，风电场全年有10%的有效发电时间处于满发状态，大约876小时。则由于两台主变检修导致全年电量损失约53.76万kwh。（2）海底电缆故障時电量损失。单回海底电缆输出容量104mva，其中一回海底电缆故障，另一回海底电缆正常运行，假设故障海底电缆修复时间需要3个月，风电场全年有10%的有效发电时间处于满发状态，大约876小时。则由于海底电缆故障或受损修复导致电量损失约350.4万kwh。3 结束语综上计算分析，选用两回海底电缆作为出线，虽然在前期建设可能经济投入会比较多，但考虑设备的安全稳定性，海上风