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风电并网有了新方案——低频输电

日期:2022-05-27    来源:直流输电社

国际风力发电网

2022
05/27
10:14
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关键词: 永磁直驱风电机组 低频输电系统 海上风电

近日在浙江台州大陈岛,一批技术人员正在为世界首套低频输电系统投入运行开展最后的冲刺。

浙江台州低频输电接入电网

台州柔性低频输电示范工程首创海岛低频互联技术,并结合了风机低频接入技术,构建陆地-海岛-风电互联系统,验证低频风机经海缆低频直联送出技术的可行性。为此研制出了35千伏柔性交流换频站、低频变压器、低频断路器、低频风机、低频控保系统和低频计量表计等多项首台首套设备。

低频输电系统适用于风电、水电等低转速原动机,常规永磁直驱风电机组通过改变风机换流器控制策略即能输出低频电力,对于海上风电低频送出领域有良好的适用性。

海上风电并网的三种方案

在全球海上风电高歌猛进的当下,低频输电将为除常规交流、常规直流之外提供第三种并网新选择。

低频输电有很多优点简单总结就是低损耗、低成本、控制灵活、应用场景多。

柔性低频输电用于海上风电送出场景时,可采用风机直接发出低频电力升压送出,仅需在陆上变频并网,省去了柔直送出方案中海上换流站的建设、运维费用,有利于提高风电利用小时数,而相比工频交流送出方案则可以有效减少高昂的海缆投资,因此柔性低频输电在70公里至200公里的中远海范围内具备技术经济优势。

柔性低频输电本质上仍属于交流输电范畴,可以使用交流开关和变压器实现组网和电压等级变换,同时可借鉴常规交流系统的控保配置方案,可方便地组成多端低频交流输电系统,具有更强的组网性能和更灵活的运行方式。相比柔性直流输电组网,无需采用直流断路器和直流变压器。

低频输电原理图

柔性低频输电系统具备灵活的潮流调控能力,有利于实现电网不同供区之间的灵活互联互济;可以为电网提供动态无功支撑,在维持电网电压稳定、改善系统无功分布等方面可起到重要作用。

通过降低系统传输频率,使得交流线路的载流量提升,充电无功降低,从而有效提升交流线路的输送容量和有效输电距离。一方面可使用更小截面积的电缆实现相同功率、相同距离的传输,另一方面在海上风电经交流海缆送出时可有效减少所需海缆回数。

当然低频输电也存在一些劣势:

正是由于低频输电本质上属于交流输电范畴,相比工频虽大幅提升了输电能力,但仍不及柔性直流,后者已接近线路的热极限,线路总体投资的经济性在一定区间内具有优势。

海上风机汇集至换流站

为避免铁磁设备低频饱和,柔性低频输电所采用的低频变压器、电抗器、互感器体积和重量均大于工频交流,将影响升压站和海上升压平台的造价。

现有的柔性交交变频站单侧所需的子模块数量、占地面积、投资成本相对柔性直流单侧换流站都更大,相应的桥臂结构以及控制策略都更为复杂。

直驱风机可通过修改控制策略实现低频输出,改造相对简单,而双馈风机需改造齿轮箱机械结构。

国内首条35千伏低频海缆登陆大陈岛

不管怎么说,台州35千伏柔性低频输电工程是世界首套稳定运行在20赫兹电网频率下的工频/低频柔性耦合实用化示范工程,能够实现低频风机与陆地大电网柔性互联,验证“双碳”及新型电力系统背景下海上风电经海底电缆低频送出的技术可行性,为未来远海的海上风电低频组网接入积累技术储备,支撑未来中远距离海上风电大规模送出应用场景,也将大力推进大陈岛“零碳岛”建设。

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