第39卷第9期电网技术V ol. 39 No. 9 2015年9月Power System Technology Sep. 2015
文章编号：1000-3673（2015）09-2424-08 中图分类号：TM 614 文献标志码：A 学科代码：470·40海上直流风电场研究现状及发展前景
江道灼，谷泓杰，尹瑞，陈可，梁一桥，王玉芬
（浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027）
Research Status and Developing Prospect of Offshore Wind Farm With Pure DC Systems JIANG Daozhuo, GU Hongjie, YIN Rui, CHEN Ke, LIANG Yiqiao, WANG Yufen (College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, China)
ABSTRACT: Compared with offshore wind farm with AC collection system, offshore wind farm with pure DC system, including DC transmission and collection systems, eliminates heavy and bulky AC power frequency transformers and the needs for multiple power rectifiers, inverters and voltage boost. It shows some brilliant merits, such as smaller size and lighter weight of equipment, higher efficiency and lower cost. This paper firstly summarizes the topologies, control strategies, advantages and existing problems of offshore DC wind farm. Then a detailed discussion is made about high voltage, large capacity and high gain DC/DC converters, which are regarded as the key equipment of offshore DC wind farms. The advantages and disadvantages of different DC/DC converter topologies and their application prospects in offshore DC wind farm are pointed out. Then, the research situation of offshore DC wind farm fault protection is presented. Finally, this paper affirms the prospect of offshore DC wind farm application. The conclusion has value for utilization of ocean energy such as offshore wind.
KEY WORDS: offshore DC wind farm; DC/DC converter; fault protection; PMSG
摘要：与现有的海上风电场相比，采用直流技术汇集电能和并网的海上直流风电场无需使用笨重且体积庞大的工频交流变压器，也无需对电能进行多次整流、逆变和升压，因而在设备的体积和质量、系统损耗及建设成本等方面均具有明显优势。首先对串联升压型和辐射型2种主要类型的海上直流风电场进行了详细综述，包括其拓扑结构、控制策略、优势和存在的问题；然后详细分析了海上直流风电场的关键设备——高电压、大容量、高增益DC/DC变换器的研究现状，指出了各类DC/DC变换器的优缺点及其在海上直流风电场中的应用前景；最后对海上直流风电场的故障保护问题和经济性问题的研究情况进行了总结。所述内容对中国开展海上风电等海洋能的开发利用具有一定参考价值。
关键词：海上直流风电场；DC/DC变换器；故障保护；永磁直驱风力发电机
DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2015.09.008 0 引言
作为一种技术最为成熟、应用前景最为广阔的可再生能源，风力发电近年来的增长十分迅速。截至2014年年底，我国的风电装机总容量已达到114 608.89 MW。然而，随着风电的迅速发展，陆上风电场的选址越来越困难，其对生态环境的影响也越发显现。与此同时，海上风电场因其风速稳定、不占用土地资源、基本不存在环境影响等优势，逐渐成为风电发展的新趋势[1-2]。
对于离岸距离近、容量较小的海上风电场，目前一般通过中压交流电网汇集电能，再经变压器升压后通过高压交流输电线路并入岸上交流主电网。然而，随着风电场容量越来越大、离岸距离越来越远，采用高压直流输电技术实现海上风电场并网成为必然的趋势[3]。现有的经高压直流输电线路并网的海上风电场，其内部均为交流系统，与陆上风电场完全相同，并未针对海上风电场自身的特性进行设计。以由永磁直驱风力发电机(permanent magnet synchronous generator，PMSG)组成的海上风电场为例，由PMSG发出的电能要依次通过发电机侧变流器、电网侧变流器、低压到中压变压器、中压到高压变压器、整流器后才能送入高压直流输电线路，最后经逆变器送入岸上交流系统。多次的整流、逆变、升压不仅造成了大量的能量损耗，增加了投资，也降低了整个海上风电系统的可靠性。此外，体积和重量都十分庞大的工频交流变压器的使用，意味着风电场内部用于支撑风力发电机和换流站的海上平台的投资将会大大增加。
鉴于现有海上风电场中存在的诸多缺陷，以及柔性直流技术的不断发展，不仅使用直流技术进行风电场的并网，在风电场内部也使用直流技术汇集电能的海上直流风电场成为近年来的研究热点。研究资料表明，使用直流技术汇集电能可以有效简化
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海上风电场从发电到并网的整个过程，避免对电能
进行多次的整流、逆变和升压，从而减少系统投资、
降低损耗，更为重要的是，海上直流风电场中不需
要笨重的工频交流变压器，可以使用重量更轻、功
率密度更高的DC/DC变换器进行升压。因此，海
上直流风电场在设备的体积和重量、系统损耗、建
设成本等方面均优于现有的海上交流风电场。
本文首先对已有文献中海上直流风电场的拓
扑结构及相应的控制策略进行详细综述；然后对海
上直流风电场中的关键设备——高增益大容量
DC/DC变换器的研究现状进行归纳，并对海上直流
风电场故障保护和经济性问题的研究情况进行总
结；最后指出海上风电场未来的发展方向和亟需解
决的主要问题。
1 海上直流风电场的拓扑结构及其控制策略
目前的海上直流风电场拓扑根据其抬高直流
电压的方式大体可以分为2类，即通过风力发电机
的串联连接抬高直流电压的方式和通过DC/DC变
换器抬高直流电压的方式。下面针对这2类海上直
流风电场的拓扑结构和控制策略进行阐述。
1.1 串联升压型海上直流风电场
1.1.1 串联升压型海上直流风电场的拓扑结构
最基本的串联升压型海上直流风电场拓扑如
图1所示，1台风力发电机和1台AC/DC变换器构
成1个发电单元，发电单元的直流输出端串联连接
形成足够高的直流电压以传输电能[4-6]。因此，图1
所示海上直流风电场不需要任何升压设备，也不需
要在海上建设换流站，从而大大简化了系统结构，
有效降低了成本。
图1串联升压型海上直流风电场结构
Fig. 1 Offshore DC wind farm with series connection
文献[4-6]对图1所示拓扑进行了研究：文献[4]
中的AC/DC变换器和DC/AC变换器均采用基于晶
闸管的换流器；文献[5]中采用基于绝缘栅双极型晶
体管(insulated-gate bipolar transistor，IGBT)的电流
源型换流器作为AC/DC变换器；为进一步降低系
统成本，文献[6]中采用由三相不控整流桥和buck
电路组成的AC/DC变换器。
串联升压型海上直流风电场存在的最大问题
是位于顶部的发电单元要承受与高压直流输电线
路相同的对地电压，这给风力发电机的绝缘设计带
来了很大困难，严重限制了该拓扑的实用性。为解
决这一问题，文献[7-8]提出了图2所示的发电单元
拓扑，通过使用电隔离的高频变压器，可以将风力
发电机的绝缘问题转移到高频变压器上，从而使普
通PMSG在串联升压型海上直流风电场中的应用
成为可能。文献[9]中通过将图2中的单相高频变压
器替换为三相高频变压器，进一步提高了此类拓扑
的功率密度，减小了发电单元的体积和重量。
PMSG
三相AC/
单相AC
AC/
DC
高频变压器
图2带隔离变压器的发电单元
Fig. 2 Power unit with isolated transformer
应该指出的是，因为每个风力发电单元均需要
1台高频隔离变压器，随着串联发电单元数量的增
加，势必增加高频隔离变压器及其绝缘的投资。所
以，无论有没有使用带隔离变压器的风力发电单元，
串联升压型海上直流风电场的直流传输电压都不
可能达到很高，这在一定程度上限制了该拓扑在远
距离大容量海上风电场中的应用。
在一个实际的海上风电场中，风力发电机的数
量可能会达到上百台，因此不可能将所有的风力发
电机全部串联在一起。一些文献提出通过将风力发
电机进行分组以解决这一问题。通过分组方式连接
的海上直流风电场拓扑共有3种，即先并联后串联
型[10]、先串联后并联型[11-12]和矩阵型[12]，分别如图
3(a)(b)(c)所示。矩阵型拓扑的主要优势是可以克服
先串联后并联型拓扑在某1台风力发电机发生故障
时，组内其余风力发电机出现严重过电压的问题，
其缺陷在于增加了海上直流电缆的长度并且需要
使用大量的直流断路器，导致系统的复杂程度和投
资都明显增加。
1.1.2 串联升压型海上直流风电场的控制策略
文献[4-9]中对海上直流风电场的控制策略进
行了研究，这些控制策略具有一定的相似性，一般
均通过岸上的DC/AC变换器将高压直流输电线路
的电流控制在参考值，由各个发电单元分别调节其
输出的直流电压来实现对PMSG的最大功率点跟
踪(maximum power point tracking，MPPT)控制。针
对各文献中的不同发电单元结构，其控制输出电压
的方式各有不同，这里不再逐个进行分析。
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(a) 先并联后串联型
(b) 先串联后并联型
(c) 矩阵型
图3 采用分组方式连接的海上直流风电场
Fig. 3 Offshore DC wind farm with clusters
文献[10]对先并联后串联型海上直流风电场的控制进行了研究。文献[11-12]为先串联后并联型海上直流风电场的控制提供了一些思路，即由岸上的DC/AC 变换器将高压直流输电线路末端的电压控制在某一参考值，然后由每个发电单元的AC/DC 变换器在调节本组风力发电机输电电流的同时调节自身的输出电压，从而实现所有风力发电机的MPPT 控制。整体而言，目前文献中对上述2类海上直流风电场的控制策略研究还较少，如何在保证海上直流风电场稳定运行的前提下实现所有风力发电机的MPPT 控制有待进一步深入研究。 1.2 辐射型海上直流风电场
1.2.1 辐射型海上直流风电场的拓扑结构
按照DC/DC 变换器的数量及其在风电场中的位置，辐射性海上直流风电场大致可以分为3类，分别如图4(a)(b)(c)所示[13]。
图4(a)为2级升压型海上直流风电场，由风力发电机发出的电能整流后先进行一次升压，然后经
AC/DC
AC/DC
图4 3种辐射型海上直流电网
Fig. 4 Three topologies of offshore DC wind farm
中压直流电网汇集到海上换流站后进行二次升压，最后通过高压直流输电线路输送至岸上交流系统。虽然该拓扑在电能汇集过程中的能量损耗比较小，但是由于需要进行二次升压，DC/DC 变换器的投资
比较大，由升压过程引起的能量损耗也较大。图4(b)为集中升压型海上直流风电场，由风力发电机发出的电能整流后经低压直流电网汇集到海上换流站，然后通过一次升压直接升至高压。该拓扑在DC/DC 变换器上的投资较小，由升压过程引起的能量损耗也相对较小。然而，由于目前风力发电机机端线电压最高只有5 kV [10]，因此低压直流电网的电压也比较低，从而导致电能汇集过程中的能量损耗比较大。图4(c)为机端升压型海上直流风电场，由风力发电机发出的电能整流后通过一次升压直接升至高压，然后汇集到一起通过高压直流输电线路传输到岸上。该拓扑不仅在DC/DC 变换器上的投资较小，而且由于是在风力发电机出口处直接进行升压，电能汇集过程中的能量损耗也较小。
在文献[13]的分析中，集中升压结构被认为是最适合海上直流风电场的拓扑。然而，在实际的海上风电场中，风力发电机到换流站间的距离可能达到几km 甚至更长，而目前风力发电机的机端线电压最高只有5 kV ，因此电能汇集过程中的能量损耗并不能忽略。此外，集中升压结构的拓扑对DC/DC 变换器的容量要求很高，一般要达到几百MW 甚至
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上GW，目前设计制造这种容量的DC/DC变换器难度很大，因此，文献[13]中的结论有待进一步深入研究。
1.2.2 辐射型海上直流风电场的控制策略
文献[14]对DC/DC变换器采用单向全桥直流变压器和双向全桥直流变压器时海上风电场可能采用的控制策略进行了对比分析。文献[14]的研究表明，只要岸上DC/AC变换器将高压直流输电线路末端的电压控制在额定值，则DC/DC变换器可以不对其输入端或输出端的直流电压进行额外的控制，只需使输出电压跟随输入电压变化就可以保证整个系统的稳定运行。
文献[15]对集中升压型海上直流风电场的控制策略进行了研究，其DC/DC变换器采用单向全桥直流变压器，并将模糊逻辑控制器应用于单向全桥直流变压器的控制，取得了较好的控制效果。
2 海上直流风电场中的关键设备
海上直流风电场中所需的大部分设备在目前的海上风电场中已有应用，2者间最主要的区别在于海上直流风电场中要使用的DC/DC变换器。虽然工作于低压小功率状态的DC/DC变换器拓扑非常多，但是能够应用于海上直流风电场的却少之又少，这是因为海上直流风电场中的DC/DC变换器要具备以下特点：
1）大容量。由于当前海上风电场的容量越来越大，因此对DC/DC变换器的容量要求也很高。即使海上直流风电场采用机端升压结构，DC/DC变换器的容量也要达到几MW。如果采用2级升压结构或者集中升压结构，则DC/DC变换器的容量要达到几百MW甚至上GW。
2）高电压、高增益。在传输容量较大时，高压直流输电线路的电压一般要达到几百kV才能保证传输损耗足够小，而目前风力发电机的机端线电压最高只有5 kV，因此DC/DC变换器必须具有很大的直流电压增益，且能够工作在高电压情况下。
综上所述，研究高电压、大容量、高增益的DC/DC变换器对海上直流风电场的发展具有重要意义。
2.1 传统DC/DC变换器拓扑
一些文献对部分较常见的DC/DC变换器拓扑能否用于海上直流风电场进行了研究。文献[16]对移相控制全桥变换器、单有源桥式变换器、LCC串并联谐振变换器应用于海上直流风电场时的情况进行了研究。文献[17]的研究结果表明，在综合考虑成本和控制的难易程度后，移相控制全桥变换器是3种拓扑中最适合应用于海上直流风电场的。文献[18]的研究结果表明，满载情况下移相控制全桥变换器的效率最高，但是综合考虑从轻载到满载全部工况后，串联谐振变换器的效率是最高的。
传统DC/DC变换器拓扑用于海上直流风电场时，一般需要大量IGBT器件串并联才能满足系统的容量和电压要求，再加上此类拓扑的开关频率一般在几kHz，因此串并联IGBT器件间的均压和均流就成了必须解决的问题，这也是限制传统DC/DC 变换器拓扑在海上直流风电场中应用的主要原因。
2.2 基于晶闸管的谐振变换器
文献[19-21]中提出了一种基于晶闸管的谐振变换器拓扑，其基本结构如图5所示，低压侧的开关器件为晶闸管，通过在合适的控制时机触发导通同一组晶闸管(图5中编号相同的为一组，分为T1和T2组)，可以使谐振电容上的交流电压幅值越来越高，从而实现很大的直流电压增益，同时实现晶闸管的软开关。文献[20]中提出了如图6所示的拓扑，与单相谐振变换器相比，三相谐振变换器不仅体积更小而且重量更轻，更加适合在海上直流风电场中应用。文献[22]对双向谐振变换器在直流系统故障时的响应情况进行了研究。文献[22]的研究表明，双向谐振变换器可以很好地隔离直流系统故障，防止故障扩散。
图5基于晶闸管的谐振变换器
Fig. 5
Topology of thyristor based resonant converter
图6基于晶闸管的三相谐振变换器
Fig. 6 Topology of thyristor based three-phase
resonant converter
基于晶闸管的谐振变换器可以实现很大的直流电压增益，而且由于其开关器件是晶闸管，容易满足高电压、大容量的要求，串并联晶闸管间的均压和均流也相对容易，因此该拓扑比较适合在海上直流风电场中应用。其主要缺陷在于需要使用大量
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的高压交流电容，而且低压侧每相桥臂的耐压与高压侧基本相同，因此需要的开关器件比较多。
2.3 谐振开关电容变换器
文献[23-24]中提出了一种升压式谐振开关电容(resonant switched-capacitor，RSC)变换器，其拓扑结构如图7所示。该变换器可以分为正极和负极2个部分，每个部分由若干个模块级联而成。通过交替触发导通正极和负极的IGBT，可以将各模块的电容充电至与输入端直流电压相等。当正极和负极的模块数分别为m和n时，其输出电压为输入电压的m+n+1倍。由于向电容的充电过程是通过LC 谐振实现的，该拓扑可以保证开关器件的零电流开关。文献[25]中提出了一种改进的RSC变换器，其拓扑如图8所示。与文献[23-24]中提出的RSC变换器相比，可以利用更少的模块实现更高的直流电压电压增益，同时使用的无源器件数量也有所减少。其主要缺陷在于所使用的IGBT数量有所增加，而且该拓扑并没有完全实现模块化。
图7谐振开关电容变换器
Fig. 7
Topology of resonant switched-capacitor converter
图8改进型谐振开关电容变换器
Fig. 8 Topology of modified resonant switched-capacitor
converter
谐振开关电容变换器可以达到很大的直流电压增益，而且由于实现了软开关，开关器件的损耗也很小。然而此类拓扑过于复杂，并且需要使用大量的无源器件，这在一定程度上限制了该拓扑在海上直流风电场中的应用。
2.4 模块化DC/DC变换器
目前，由于单个DC/DC变换器的电压和容量都比较低，采用模块化结构的拓扑满足海上直流风电场的电压和容量需求是一种比较好的选择。模块化结构的拓扑具有诸多优势，如便于设计安装、易于扩展、容易实现冗余控制等。此类拓扑大致可以分为4种，即输入并联输出并联型(input parallel output parallel，IPOP)、输入并联输出串联型(input parallel output series，IPOS)、输入串联输出并联型(input series output series，ISOP)和输入串联输出串联型(input series output series，ISOS)[26]。对海上直流风电场而言，DC/DC变换器要有较大的直流电压增益，因此IPOS型拓扑是比较合适的。文献[27]提出了一种用于集中升压型海上直流风电场的模块化DC/DC变换器，其拓扑结构如图9所示。文献[28]也对模块化DC/DC变换器进行了研究，其子模块拓扑为简单的 boost电路与buck/boost电路。文献[28]的研究表明，模块化结构的拓扑可以达到很高的直流电压增益。文献[29]研究了当DC/DC变换器采用模块化结构时，其输出侧滤波电容的参数设计。
图9基于双向全桥换流器的模块化DC/DC变换器Fig. 9 Dual-active bridge based modular DC/DC converter
模块化DC/DC变换器采用双向全桥变换器作为子模块拓扑时，可以在风电场启动时向风电场提供其必须的电能，帮助风电场启动。但双向全桥变换器与单向全桥变换器相比，其拓扑结构和控制原理都更为复杂，损耗也更大。在文献[30-31]和文献[32-34]中分别提出了一种三相串联谐振变换器和一种非对称双向直流变换器，这2种拓扑可以较好地解决双向变换器在传递非对称能量时存在的问题。若模块化DC/DC变换器采用这2种变换器作为其子模块拓扑，既可以解决风电场启动时所需的能量问题，又可以有效降低成本和损耗，对其经济性有较大提升。
模块化结构拓扑比较容易实现DC/DC变换器高增益、大容量的目标，而且由于采用了模块化的结构，可以避免开关器件的串并联，没有开关器件的均压和均流问题。通过选择合适的子模块拓扑和控制方式，也可以实现开关器件的软开关以降低损耗。综上所述，此种拓扑在海上直流风电场中具有广阔的应用前景。
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2.5 模块化多电平DC/DC 变换器
模块化多电平换流器(modular multilevel converter ，MMC)是目前最热门的换流器拓扑，即将2个MMC 的交流侧连接起来，可组成一个DC/DC 变换器[35-38]。最基本的基于MMC 的DC/DC 变换器拓扑如图10所示。
SM1SM2SM n SM1SM2SM n
SM1SM2SM n
SM1SM2SM n SM1SM2SM n
SM1SM2SM n
SM1SM2SM n SM1SM2SM n
SM1SM2SM n
SM1SM2SM
n SM1SM2SM n
SM1SM2
SM n
图10 基于MMC 的DC/DC 变换器
Fig. 10 Topology of MMC based DC/DC converter
文献[39]中提出了一种模块化多电平DC/DC 变换器(modular multilevel DC converter ，M2DC)，其拓扑结构如图11所示。文献[40]对M2DC 与图9中所示的模块化DC/DC 变换器在不同场合下应用的情况进行了对比。其研究结果表明，应用于海上直流风电场时，图9中所示的变换器较M2DC 具有更高的效率和更低的成本。
图11 模块化多电平DC/DC 变换器
Fig. 11 Topology of M2DC
基于MMC 的DC/DC 变换器和M2DC 均可用于高压大功率场合，但是这2种拓扑更适合用于直
流系统的互联或直流电网中的潮流控制。当2侧直流电压差别很大时(在海上直流风电场中，极端情况下，一侧直流电压U 1可在10 kV 以下，另一侧直流电压U 2会达到几百kV)，这2种拓扑并不合适，其子模块参数设计困难，效率也较低。文献[40]的研究表明，M2DC 工作于高增益状态时的效率要明显低于模块化DC/DC 变换器，成本也比较高。综上所述，基于MMC 的DC/DC 变换器和M2DC 可能并不适合用于海上直流风电场。
3 海上直流风电场的故障保护
在岸上交流系统发生故障时，海上直流风电场不仅要保证并网运行，还要保证风电场内部及高压直流输电线路上不出现过电压，防止对相关电力电子器件造成不可逆的损坏。文献[41]对2级升压型
海上直流风电场在岸上交流系统发生故障时的控制和保护进行了研究，通过对DC/DC 变换器和PMSG 输出有功功率的控制，可以有效保证海上直
流风场内部及高压直流输电线路上的电压不超过其允许的最大值，以保护相关设备。
文献[42-44]对海上直流风电场内部及高压直流输电线路发生故障时的情况进行了研究。文献[42]对海上直流风电场内部可能发生的双极短路故障、单极接地故障以及开路故障的故障特性进行了深入分析，并针对其故障特性提出了一种故障距离检测的方法和一些可能的故障保护策略。文献[43]提出了一种高压直流输电系统的冗余设计方式，该设计可以在双极高压直流输电系统发生单极故障时，迅速将故障线路切除，保证另一极的正常运行并输送出尽可能多的功率，从而保证风电场能够持续运行并有效减小对岸上交流系统的影响。文献[44]提出在直流输电线路两端加装保护电感以限制短路电流上升速率的保护策略，并对保护电感的参数进行了详细的设计。文献[45]中对风电场内部的直流电网故障情况进行了研究。其研究结果表明，在有直流断路器的情况下，风电场内部直流电网故障的恢复速度将远快于没有直流断路器的情况。
整体而言，由于海上直流风电场的拓扑结构和控制策略等还处于研究阶段，而故障保护在很大程度上要针对具体的拓扑结构进行研究和设计，所以
目前关于海上直流风电场故障保护问题的文献非常少，该问题还有待进一步研究。
4 海上直流风电场的经济性
对风电场而言，其经济性可以用能源生产成
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本(energy production cost)来衡量。能源生产成本是指海上风电场的总成本与总发电量的商，其中总成本包括风电场初期的建设费用以及后期的维护费用，总发电量是指风电场运行年限内所发的全部电能。文献[46-47]对6种不同结构的海上风电场拓扑在能源生产成本方面进行了研究，其结果表明，当海上风电场容量比较大且离岸距离比较远时，无论是对于辐射型海上直流风电场还是串联升压型海上直流风电场，采用直流技术汇集电能和并网都可以有效降低海上风电场的能源生产成本，且效果均要明显优于目前的海上风电场。
5 结论
本文对海上直流风电场的拓扑结构及其相应的控制策略进行了综述，比较详细地论述了可能用于海上直流风电场的各类DC/DC变换器拓扑，指出了各拓扑的优缺点及在海上直流风电场中的应用前景。另外，还对海上直流风电场中故障保护和经济性问题的研究现状进行了总结。目前国内外与海上直流风电场相关的文献还比较少，有很多问题还有待进一步深入的研究，包括：
1）研究更加优化的海上直流风电拓扑结构，避免现有拓扑的一些缺陷。
2）研究更加完善的海上直流风电场控制策略，如对先并联后串联型海上直流风电场，研究如何实现全部风力发电机的MPPT控制；对先串联后并联型海上直流风电场，研究如何用更有效的方式保证单个风力发电机故障后组内其他风力发电机的正常运行。
3）针对海上直流风电场的特点(正常运行时功率均为单向传输，仅在启动时需要短时反送少量功率)，研究成本更低、效率更高的DC/DC变换器。
4）针对具体的海上直流风电场拓扑，研究其故障保护，包括风电场内部故障的保护和对岸上交流系统故障的穿越能力。
5）研究不同拓扑结构海上直流风电场间的互联，包括其连接方式和协同控制的方法等。
虽然目前全世界尚无海上直流风电场的实际工程，对海上直流风电场的研究也仅处于理论阶段，但是海上直流风电场无需笨重且体积庞大的工频交流变压器，也不用对电能进行频繁的整流、逆变和升压，在成本和效率上均明显优于目前的海上风电场。有理由相信，海上直流风电场会成为未来海上风电发展的一个重要方向。参考文献
[1] Carrasco J M，Franquelo L G，Bialasiewicz J T，et al．
Power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources：a survey[J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics，
2006，53(4)：1002-1016．
[2] Kawaguchi T，Sakazaki T，Isobe T，et al．Offshore-wind-farm
configuration using diode rectifier with MERS in current link topology[J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics，2013，60(7)：2930-2937．
[3] Yin H，Fan L．Modeling and control of DFIG-based large offshore
wind farm with HVDC-link integration[C]//North American Power Symposium (NAPS)．Starkville，Mississippi：IEEE，2009：1-5．[4] Nishikata S，Tatsuta F．A new interconnecting method for wind
turbine/generators in a wind farm and basic performances of the integrated system[J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics，
2010，57(2)：468-475．
[5] Lee H J，Sul S K．Wind power collection and transmission with series
connected current source converters[C]//Proceedings of the 2011-14th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2011)．Birmingham：IEEE，2011：1-10．
[6] Veilleux E，Lehn P W．Interconnection of direct-drive wind turbines
using a distributed HVDC converter station[C]//35th Annual Conference of IEEE on Industrial Electronics (IECON'09)．Porto：
IEEE，2009：584-589．
[7] Mogstad A B，Molinas M，Olsen P K，et al．A power conversion
system for offshore wind parks[C]//34th Annual Conference of IEEE on Industrial Electronics (IECON 2008)．Orlando，FL：IEEE，2008：
2106-2112．
[8] Garces A，Molinas M．A study of efficiency in a reduced matrix
converter for offshore wind farms[J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics，2012，59(1)：184-193．
[9] Holtsmark N，Bahirat H J，Molinas M，et al．An all-DC offshore wind
farm with series-connected turbines：an alternative to the classical parallel AC model?[J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics，2013，60(6)：2420-2428．
[10] Jovcic D．Offshore wind farm with a series multiterminal CSI
HVDC[J]．Electric Power Systems Research，2008，78(4)：747-755．[11] Chuangpishit S，Tabesh A，Moradi-Shahrbabak Z，et al．Topology
design for collector systems of offshore wind farms with pure DC power systems[J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics，2014，61(1)：320-328．
[12] Johnson M H，Aliprantis D C，Chen H．Offshore wind farm with DC
collection system[C]//Power and Energy Conference at Illinois (PECI)．Champaign，IL：IEEE，2013：53-59．
[13] Meyer C，Hoing M，Peterson A，et al．Control and design of DC grids
for offshore wind farms[J]．IEEE Transactions on Industry Applications，2007，43(6)：1475-1482．
[14] Monjean P，Delanoe J，Marin D，et al．Control strategies of DC-based
offshore wind farm[C]//Proceedings of the 2011-14th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2011)．
Birmingham：IEEE，2011：1-9．
[15] Muyeen S M，Al-Durra A，Tamura J．Transmission of bulk power
from DC-based offshore wind farm to grid through HVDC system[M]．London：Springer London，2012：501-520．
[16] Jovcic D．Bidirectional，high-power DC transformer[J]．IEEE
Transactions on Power Delivery，2009，24(4)：2276-2283．
[17] Max L，Lundberg S．System efficiency of a DC/DC converter-based
wind farm[J]．Wind Energy，2008，11(1)：109-120．
[18] Zhou Y，Macpherson D E，Blewitt W，et al．Comparison of DC-DC
第39卷第9期电网技术 2431
converter topologies for offshore wind-farm application[C]//6th IET International Conference on Power Electronics，Machines and Drives
(PEMD 2012)．Bristol：IET，2012：1-6．
[19] Jovcic D．Step-up DC-DC converter for megawatt size applications[J]．
IET Power Electronics，2009，2(6)：675-685．
[20] Robinson J，Jovcic D，Joós G．Analysis and design of an offshore
wind farm using a MVDC grid[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2010，25(4)：2164-2173．
[21] Jovcic D，Ooi B T．High-power, resonant DC/DC converter for
integration of renewable sources[C]// PowerTech．Bucharest：IEEE，
2009：1-6．
[22] Jovcic D，Wu B．Fast fault current interruption on high-power DC
networks[C]//Power and Energy Society General Meeting．
Minneapolis，MN：IEEE，2010：1-6．
[23] Chen W，Huang A，Li C，et al．A high efficiency high power step-up
resonant switched-capacitor converter for offshore wind energy systems[C]//Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)．
Raleigh，NC：IEEE，2012：235-239．
[24] Chen W，Huang A Q，Li C，et al．Analysis and comparison of medium
voltage high power DC/DC converters for offshore wind energy systems[J]．IEEE Transactions on Power Electronics，2013，28(4)：2014-2023．
[25] Parastar A，Seok J K．High-gain resonant switched-capacitor
cell-based DC/DC converter for offshore wind energy systems[J]．
IEEE Transactions on Power Electronics，2015，30(1)：644-656．[26] Chen W，Ruan X，Yan H，et al．DC/DC conversion systems consisting
of multiple converter modules：stability，control，and experimental
verifications[J]．IEEE Transactions on Power Electronics，2009，24(6)：1463-1474．
[27] Sano K，Takasaki M．A boost conversion system consisting of
multiple DC-DC converter modules for interfacing wind farms and HVDC transmission[C]//Energy Conversion Congress and Exposition
(ECCE)．Denver，CO ：IEEE，2013：2613-2618．
[28] Denniston N，Massoud A，Ahmed S，et al．Multiple-module high-gain
high-voltage DC-DC transformers for offshore wind energy systems[J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics，2011，58(5)：1877-1886．
[29] Aboushady A A，Ahmed K H，Williams B W．Compact
multi-modular design of high power DC/DC resonant converters for
offshore wind energy HVDC transmission[C]//39th Annual Conference of the IEEE on Industrial Electronics Society(IECON 2013)．Vienna：IEEE，2013：5236-5241．
[30] Meyer C．Key components for future offshore DC grids[D]．Germany：
RWTH Aachen University，2007．
[31] Meyer C，De Doncker R W．Design of a three-phase series resonant
converter for offshore DC grids[C]//Industry Application Conference
(42nd IAS Annual Meeting)．New Orleans，LA：IEEE，2007：216-223．[32] Chen Wu，Wang Guangjiang，Zhu Xu．A family of bidirectional
DC/DC converters suitable for asymmetrical power flow requirement[C]//Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE
2013)．Denver，CO：IEEE，2013：4878-4881．
[33] 陈武．非对称双向直流变换器[P]．中国专利：ZL201210066233.2，
2012-07-25．[34] 陈武．一种适用于高压场合的非对称双向直流变换器[P]．中国专
利：ZL201210204245.7，2012-10-17．
[35] Kenzelmann S，Rufer A，Dujic D，et al．A versatile DC/DC converter
based on modular multilevel converter for energy collection and distribution[C]//IET Conference on Renewable Power Generation (RPG 2011)．Edinburgh：ET，2011：1-6．
[36] Kenzelmann S．Modular DC/DC converter for DC distribution and
collection networks[D]．Switzerland：école Polytechnique Fédérale De Lausanne，2012．
[37] Hagar A．A new family of transformerless modular DC-DC converters
for high power applications[D]．Canada：University of Toronto，2011．[38] Barker C D，Davidson C C，Trainer D R，et al．Requirements of
DC-DC converters to facilitate large DC grids[C]//Proceedings of CIGRE Symposium．Kansas：CIGRE，2012：B4-204．
[39] Ferreira J A．The multilevel modular dc converter[J]．IEEE
Transactions on Power Electronics，2013，28(10)：4460-4465．[40] Engel S，Stieneker M，Soltau N，et al．Comparison of the modular
multilevel DC converter and the dual-active bridge converter for power conversion in HVDC and MVDC grids[J]．IEEE Transactions on Power Electronics，2015，30(1)：124-137．
[41] Deng F，Chen Z．An offshore wind farm with DC grid connection and
its performance under power system transients[C]//Power and Energy Society General Meeting．San Diego，CA：IEEE，2011：1-8．[42] Yang J，Fletcher J E，O'Reilly J．Multiterminal DC wind farm
collection grid internal fault analysis and protection design[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2010，25(4)：2308-2318．[43] Deng F，Chen Z．Operation and control of a DC-grid offshore wind
farm under DC transmission system faults[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2013，28(3)：1356-1363．
[44] Deng F，Chen Z．Design of protective inductors for HVDC
transmission line within DC grid offshore wind farms[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2013，28(1)：75-83．
[45] Max L．Design and control of a DC collection grid for a wind farm[D]．
Sweden：Chalmers University of Technology，2009．
[46] Lundberg S．Evaluation of wind farm layouts[J]．EPE Journal，2006，
16(1)：14．
[47] Lundberg S．Wind farm configuration and energy efficiency studies：
series DC versus AC layouts[D]．Sweden：Chalmers University of Technology，2006．
收稿日期：2015-03-20。
作者简介：
江道灼(1960)，男，教授，博士研究生导师，
研究方向为交直流电力系统运行与控制技术、电力
电子及柔性交流输电应用技术、电力系统现场智能
测控技术及配电网自动化技术；
谷泓杰(1990)，男，通信作者，硕士研究生，
研究方向为双向隔离DC-DC变换器及风力发电，E-mail：aquariusghj@https://www.doczj.com/doc/ea17303595.html,；
尹瑞(1990)，男，博士研究生，主要研究方向为直流输电、柔性直流输电及风力发电，E-mail：1021207298@https://www.doczj.com/doc/ea17303595.html,。
（责任编辑
王金芝）江道灼
（二零一二年十二月） 2020-2025年中国海上风电行业市场发展战略研究报告 可落地执行的实战解决方案 让每个人都能成为 战略专家 管理专家 行业专家 ……
报告目录 第一章企业市场发展战略研究概述 (7) 第一节研究报告简介 (7) 第二节研究原则与方法 (7) 一、研究原则 (7) 二、研究方法 (8) 第三节企业市场发展战略的作用、特征及与企业的关系 (10) 一、企业市场发展战略的作用 (10) 二、市场发展战略的特征 (11) 三、市场发展战略与企业战略的关系 (12) 第四节研究企业市场发展战略的重要性及意义 (13) 一、重要性 (13) 二、研究意义 (13) 第二章市场调研：2018-2019年中国海上风电行业市场深度调研 (14) 第一节海上风电概述 (14) 第二节我国海上风电行业监管体制与发展特征 (14) 一、行业主要监管部门 (14) 二、行业主要法律、法规和相关政策 (15) 三、2019年风电行业主要政策变化解读 (16) 四、行业技术水平与技术特点 (22) （一）行业技术水平现状 (22) （二）目前行业的技术特点 (22) 五、行业的周期性、区域性和季节性 (23) 六、上下游行业之间的关联性、上下游行业发展状况 (23) 七、海上风能资源分布情况 (24) 八、海上风电投资成本构成 (24) 第三节2018-2019年中国海上风电行业发展情况分析 (26) 一、我国海上风电市场发展态势 (26) 二、2018年已核准或签约的海上风电 (28) 三、中国海上风电行业主要项目分布 (31) 四、下游安装和运维市场情况 (32) 五、面临挑战 (34) 第四节重点企业分析 (34) 一、龙源电力 (34) 二、金风科技 (37) 三、泰胜风能 (37) 四、天顺风能 (38) 五、中闽能源 (39) 第五节2019-2025年我国海上风电行业发展前景及趋势预测 (39) 一、行业发展的有利因素 (39) （1）国家产业政策支持 (39) （2）国家能源结构持续优化 (40)
海上风电直流输电的控制策略探索 发表时间：2018-12-21T10:17:41.000Z 来源：《电力设备》2018年第23期作者：王赫楠[导读] 摘要：当前，电压源型高压直流输电技术，即VSC-HVDC技术在海上风电领域得到了日渐广泛的应用。 （华电重工股份有限公司天津分公司 300010） 摘要：当前，电压源型高压直流输电技术，即VSC-HVDC技术在海上风电领域得到了日渐广泛的应用。海上风电直流输电，是基于高压直流相应的传输结构，借助交流汇聚，对通过变压器的电流进行升压处理，再借助海上换流站对之进行直流转换，并对岸上换流站进行传输，完成电能变化后，对电网进行输入。本文浅析了VSC-HVDC系统原理与数学模型，探究了VSC-HVDC系统控制特性及控制器设计，以期为海上风电直流输电控制策略提供借鉴。 关键词：海上风电；直流输电；控制策略 在海上风电并网中，相对于直流输电的传统技术，VSC-HVDC技术具有更强的可靠性和灵活性，但该技术的运行控制呈现出较强的复杂性。当前，VSC-HVDC技术系统主要对PI控制方式进行采用，能促进电力系统有效提升其运行性能。若系统运行状态出现变化，将大幅度削弱PI控制器实际控制效果。对此，有必要借助先进性较强的控制技术，促进控制器增强其控制性能。 一、VSC-HVDC系统原理与数学模型 环境因素对海上风力发电产生的影响相对较小。同时，海上风力发电具有丰富的风能资源，在近年来取得了巨大的发展成就。海上风电场与海岸距离越大，其风速也相应越大，且风力较为稳定。海上风电场具有更高的输出功率，且稳定性良好。在各类远距离输电方式中，相对于交流输电，高压直流输电更为经济可靠，且具有更强的稳定性[1]。因此，电压源型高压直流输电技术在海上风电中的应用日渐广泛。为加强对海上风电直流输电的有效控制，必须深入理解并全面掌握VSC-HVDC系统原理和数学模型。 1、VSC-HVDC系统原理 VSC-HVDC技术基于全控型功率器件的直流输电技术，该技术以各类可关断器件诸如IGBT、GTO等为特征，并对脉宽调制技术以及电压源控制器进行采用，该技术的优势在于独立调整功率[2]。该技术对电压源控制器进行使用，能将高压直流输电相应优势对配电网进行扩展，促进了HVDC实际应用范围的有效拓宽，在海上风电系统中的应用日益增多[3]。 2、VSC-HVDC数学模型 以VSC-HVDC为基础的高压直流输电系统模型，其整流侧以及逆变侧相应的VSC均对PWM方式进行采用，并实施调制，且二者的拓扑结构相同。为对直流输电系统实际运行状况进行有效改善，并确保输电系统在故障及干扰状态下，保持运行稳定，要对电压源换流器具备的快速调节这一特性进行有效利用。在运行实际过程中，对VSC- HVDC系统中相应的电压换流器进行操作，对交流系统增加其振荡阻尼，并对控制器进行合理设置，增强输电系统的稳定运行[5]。直流输电线路相应的电流动态微分如下式（3）方程所示： （3）
海上风电机组要点总结 一、概述： 中国已建和在建的海上风电项目有上海东海大桥10万千瓦项目、江苏如东潮间带15万千瓦示范项目以及2010年国家发改委启动的首轮100万千瓦海上风电招标项目 海上风电的优缺点： 二、基础结构的分类 基础结构类型可分为：桩式基础，导管架式基础，重力式基础，浮动式基础等多种结构形式。
1.1单桩基础 单桩基础由大直径钢管组成，是目前应用最多的风力发电机组基础，该中形式基础是用液压撞锤将一根钢管夯入海床或者钻孔安装在海床形成的基础。其重量一般为150t-400t，主要适用于浅水及 20～25 m 的中等水域、土质条件较好的海上风电场项目。这种基础目前已经广泛地应用于欧洲海上风电场，成为欧洲安装风力发电机的“半标准”方法。 优点：是无需海床准备、安装简便。 缺点：移动困难；并且于直径较大需要特殊的打桩船进行海上作业，如果安装地点的海床是岩石，还要增加钻洞的费用。 1.2多桩基础 多桩基础的概念源于海上油气开发，基础由多个桩基打入地基土内，桩基可以打成倾斜
或者竖直，用以抵抗波浪、水流力。 中间以灌浆或成型方式（上部承台/三脚架/四脚架/导管架）连接塔架适用于中等水深到深水区域风场。 优点：适用于各种地质条件、水深，重量较轻，建造和施工方便，无需做任何海床准备； 缺点：建造成本高，安装需要专用设备，施工安装费用较高，达到工作年限后很难移动。 应用情况：2007 年英国Beat rice示范海上风电场，两台5MW的风机均采用的四桩靴式导管架作为基础，作业水深达到了45m，是目前海上风机固定式基础中水深最大的；我国上海东大桥海上风场采用的是多桩混凝土承台型式。 2.三脚桩基础 三脚桩基础采用标准的三腿支撑结构，由中心柱和3根插入海床一定深度的圆柱钢管和斜撑结构组成。钢管桩通过特殊灌浆或桩模与上部结构相连，可以采用垂直或倾斜管套，中心柱提供风机塔架的基本支撑，类似于单桩基础。其重量一般在125~150t左右，适用水深为20~40m。 这种基础由单塔架结构简化演变而来，同时又增强了周围结构的刚度和强度，在海洋油气工业中较为常见。
海上风电场经验总结：由ScrobySands、Nysted等建设得到的启发 作者：张蓓文陆斌发布日期：2008-5-8 18:13:30 (阅270次) 关键词: 风电总结 DS 海上风电场的风速高于陆地风电场的风速，不占用陆地面积，虽然其电网联接成本相对较高，但是海上风 能开发的经济价值和社会价值正得到越来越多的认可，海上风电的发电成本也将越来越低。海上风电场的 建设对于风电行业的进一步发展而言很关键，现已进入到一个重要阶段，进一步发展可以吸引大量项目资 金的进入，其具有震撼力的阵形正在全球范围地受到沿袭[1]。全球海上风力发电场装机容量增长详见图1。欧洲地区的发展目前领先于全球。丹麦于1991年建成第一个海上风力发电场，此后直到2006年末，全球 运行了超过900MW装机容量的海上风电场，几乎所有发电场都在欧洲[2]。 表1.17座离岸1km以外的建成或在建风电场 建设地点始建年 份风电机组数量 (台) 风电机组型号总装机容 量 TunaKnob丹麦1995 10 VestasV39/500kW 5MW Utgrunden瑞典2000 7 EnronWind70/1500kW 10.5MW Middelgrunden丹 麦2001.3 20 Bonus76/2.000MW 40MW HornsRev丹麦2002.12 80 VestasV80/2.000MW 160MW Nysted丹麦2003.11 72 Bonus82,4/2.300MW 165.6MW NorthHoyle英国2003.12 30 VestasV80/2.000MW 60MW KentishFlats英国2005.8 30 VestasV90/3.000MW 90MW Beatrice英国2006.9 2 OWEZ荷兰2006.11 36 VestasV90/3.000MW 108MW 来源：“Off-andNearshoreWindEnergy”，上海科技情报研究所整理 国外海上风力发电场技术正日趋成熟，建成的风电场容量为2.75至165.6MW（详见表1），规划中的风电场容量为4.5至1000MW[3]。而海上风电场产业还处于“做中学”的阶段[5]，对于以往的经验教训进行总结对未来产业发展是很有必要的。笔者之前已依据德国专业研究机构公开的 “CaseStudy:Eur opeanOffshoreWindFarms-ASurveyfortheAnalysisoftheExperiencesandLessonsLearntbyDevelope
2016-2022年中国海上风力发电市场深度调查与市场全景评估报告
什么是行业研究报告 行业研究是通过深入研究某一行业发展动态、规模结构、竞争格局以及综合经济信息等，为企业自身发展或行业投资者等相关客户提供重要的参考依据。 企业通常通过自身的营销网络了解到所在行业的微观市场，但微观市场中的假象经常误导管理者对行业发展全局的判断和把握。一个全面竞争的时代，不但要了解自己现状，还要了解对手动向，更需要将整个行业系统的运行规律了然于胸。 行业研究报告的构成 一般来说，行业研究报告的核心内容包括以下五方面：
行业研究的目的及主要任务 行业研究是进行资源整合的前提和基础。 对企业而言，发展战略的制定通常由三部分构成：外部的行业研究、内部的企业资源评估以及基于两者之上的战略制定和设计。 行业与企业之间的关系是面和点的关系，行业的规模和发展趋势决定了企业的成长空间；企业的发展永远必须遵循行业的经营特征和规律。 行业研究的主要任务： 解释行业本身所处的发展阶段及其在国民经济中的地位 分析影响行业的各种因素以及判断对行业影响的力度 预测并引导行业的未来发展趋势 判断行业投资价值 揭示行业投资风险 为投资者提供依据
2016-2022年中国海上风力发电市场深度调查与市场全景评估报告 ?出版日期：2016年 ?报告价格：印刷版：RMB 7000 电子版：RMB 7200 印刷版+电子版：RMB 7500 ?报告来源：https://www.doczj.com/doc/ea17303595.html,/b/dianli/J68941VA3N.html ?智研数据研究中心：https://www.doczj.com/doc/ea17303595.html, 报告目录 据中国风能协会以及世界自然基金会的估算，在离海岸线100公里、中心高度100米的范围内，每秒7米以上的风力给中国带来的潜在发电能力为年均110万亿千瓦，中国风电市场潜力巨大。中国有海上风能资源，海风呼呼地吹着，而且海岸线非常长，中国对能源的需求巨大，这些都为促成海上风力发电提供了条件。海上风电时代已经到来，而且来得非常迅速。2010年2月，中国第一座海上风电场示范工程，也是亚洲第一座大型海上风电场——上海东海大桥10万千瓦海上风电场的34台机组安装完毕，随后于6月全部实现并网发电，为40万家庭提供用电。与此同时，国内首批海上风电项目特许权招标工作于5月正式启动，标志着海上风电在中国的发展进入加速期。2010年因此在许多人眼中是中国海上风力发电元年。不过，中国海上风电的发展面临着挑战。 一方面，中国的（海上）风电行业有很大的扩容潜力，能够大规模采用新的解决方案；但另一方面，中国在这个领域缺乏相关的技术和经验，而且也缺乏在海上进行大规模装机的经验。 在陆地风电连续数年高速增长之后，从2010年开始，我国的海上风电建设也将起步。2010年将把海上风电作为最重要的任务来抓，很快将组织大型海上风电特许权项目的招标。海上风电是风电产业未来发展的前沿，市场前景广阔，我国已具备一定的技术基础，力争2010年在海上风电建方面迈出实实在在的步伐。经过2004年以来的连年翻番，截至2009年年底，我国陆地风电装机已经超过2500万千瓦，位居全球第二。但在海上风电方面，由于运行环境复杂，技术要求高，施工难度大，我国还处于起步阶段，尚未启动规模化
海上风电并网关键技术及标准研究分析
我国海上风能资源丰富、利用小时数高，近海可开发量超过7.5亿千瓦。陆上风电开发放缓，海上风电将在我国清洁能源开发中扮演愈发重要的角色。 课题名称：海上风电场送电系统与并网关键技术研究及应用 （2013AA050601） 所属项目：国家863计划 “先进能源” 技术领域 海上风电电力输送、施工和浮动式基础关键技术研究与示范 。 起止时间：2013年02月28日-2017年02月27日 课题总体目标：掌握海上风电场汇集与并网系统优化设计及运 行控制关键技术，建设用于海上风电场集电及送出系统的海缆 过电压和保护试验平台，开发出具有自主知识产权的海上风电 功率预测、远程集群控制和安全防御系统，并实现示范应用。
高压交流海缆电容效应明显，多无功源协调控制复杂，电压精准控制难。研究海上风电场复杂电气环境下的无功/电压分布特征，以电压波动最小和场内有功损耗最小为两阶段控制的优化目标，制定基于预决策+再决策相结合的无功电压精准控制策略，实现运行电压控制精度提高，平均网损降低30%。 （1）海上风电场无功电压精准控制 LC αω=211 cos U k l U α== 首端末端
通过协调分配各台风电机组和动态无功容量，优先发挥风电机组无功调节能力，提出基于场内多无功源的机/场双层无功协调故障穿越控制策略，故障期间提高了暂态支撑能力，故障切除后过电压得到有效抑制。 （2）海上风电场分层自治的故障穿越控制技术 故障期间：低电压穿越 机组层：退出crowbar，转子电流 P、Q分量协调控制 场站层：STATCOM和机组无功协调分配故障切除后：高电压穿越 STATCOM输出感性无功，平衡过剩无功。
海上风电场政策及其效果1：概述篇 编者按：European Wind Energy Association (EWEA)2007 年年会于2007年5月召开，本文是对会议中一篇论文 “Offshore wind energy policies and their effects”的编译，通过比较丹麦、英国和荷兰过去和现在的政策，调查政策如何促进海上风电的发展，降低相关方的财务风险和政策不确定性，并讨论了荷兰政策的可能变化。相关方包括开发商、投资方和政府。 基于非化石燃料使能源来源多样性以确保供应安全和为应 对全球变暖减少CO2排放政治原因，可再生能源对于全球各国 家的吸引力日益增强。许多国家已制定了可再生能源的发展目标，但采用可再生能源发电还不具备价格竞争力。为了上述政治原因，各国制定政策以推动可再生能源加速发展，风电是其中一类。虽然在海上建造风电场的成本和风险远较陆上风电场高，但一些 国家陆上风电场建设地点的稀缺性使得海上风电场更具有操作性。 多个政府已开始针对海上风电场制定新的规定和法律。第一个原因原有规定和法律大部分仅适用于陆地而不包括海上。虽然建造海上风电场同石油和天然气开采等海上行动比较类似，但 相应的规定和法律并不适用。大多数国家电力法案覆盖了发电设
备的安装和并网，但没有覆盖陆地边界以外的发电。不同国家制定了不同的政策来管理和推动海上风电的发展。例如在一些国家，海上风电场连接电网被视为国家电网的延伸，因此电力法律随 之延伸。而在其它国家电网被视为发电场所有者的财产和责任。海上风电场建造审批的过程也不同，如英国和丹麦采用招标系统，而荷兰开发商则是在一个很透明的程序中进行申请。第二个原因是为了获得财政支持。同大多数可再生能源一样，海上风电具有低运行成本和高前期投入的特点。如果简单地由市场推动，这项低竞争力但应开发的技术可能会烟消云散。为了解决市场不完整性，政府应该将外部成本内在化或直接补贴支持海上风电。 本文通过比较丹麦、英国和荷兰过去和现在的政策，调查了政策如何促进海上风电的发展，降低相关方的财务风险和政策 不确定性，并讨论了荷兰政策的可能变化。相关方包括开发商、投资方和政府。 用于能源政策对比研究的三个国家(丹麦、英国和荷兰)已开始海上风电场建设，它们制定政府的目标并给予政府补贴。瑞典和爱尔兰同样拥有海上风电场(规模较小，2.5～25M W)，但这两 个国家没有专门针对海上风电的政策。比利时也没有制定专门的海上风电政策，但有些项目已经开展。德国宣布未来要实现20000～25000M W发电量，第一个德国海上风电场计划在2008年
Nysted海上风电场：项目时间表与前期招标 2007-12-06 21:45 Nysted海上风电场：项目时间表与前期招标 供稿人：张蓓文；陆斌供稿时间：2007-6-15 项目时间表 现简单介绍其项目时间表与前期招标情况。 1998年，丹麦政府同生产商达成协议，实施一个大型海上风力发电示范项目，目的在于调查发展海上风力发电场的经济，技术和环境等问题，并为未来风力发电场选择区域。 1999年，丹麦能源部原则上批准安装，并开始了Horns Rev和Nysted初期调研和设计。 2000年夏天，政府得到风力发电场的环境影响评估，于2001年批准了发电场建造的申请。 海上风力发电场的基座建设起始于2002年7月末，基座的建造和安装根据时间表执行，始于承包公布的2002年3月，2003年夏天全部完成，并做好了接收风力涡轮机的准备。第一台涡轮机于年5月9日起开始安装，2003年7月12日开始运行。最后一台涡轮机于2003年9月12日安装并电网，试运行在2003年11月1日结束。 前期招标 ENERGI E2为项目准备了一份技术上非常详细的招标书，其中评价了ENERGI E2在丹麦东部传统火和电网建造，策划和运行方面的经历，以及来自海上风力发电场Vindeby（11×450 kW Bonus）Middelgrunden（10 of 20 x 2MW Bonus）的经验。 涡轮机的选择：选择涡轮机的重要参数有：96％可用性；雷电保护；塔架低空气湿度（为防止腐采用单个起重机用于安装大型部件；能完全打开机舱；在所有电力设备采用电弧监测的防火措施等最后丹麦制造商Bonus（现为Siemens）获得了生产涡轮机的合同，涡轮机额定容量为2.3MW（是机组的升级版），是2004年Bonus所能生产的最大容量涡轮机。 风机叶片的选择：Bonus为Nysted的2.3MW涡轮机开发了一种特殊的叶片（不含胶接接头，一片成此前，叶片先在2000年1.3MW涡轮机预先检测过，运行一年后被拆卸进行全面观察。此外，Bon 专门成立队伍从生产线随机抽取叶片来检测，检测内容包括20年的寿命测试和叶片的断裂测试。基座的选择：海上风机基座设计需要考虑Nysted风力发电场的工作负载、环境负载、水文地理条地质条件。基座适用性包括涡轮机尺寸、土壤条件、水深、浪高、结冰情况等多个技术要素。水力可用于冲刷保护和起重机驳船安装基座的操作研究。基座面积大约为45000m2，占发电场总面积0.2％。水力模型研究包括各项可能的极端事件，如：波浪扰动的数值模拟和海浪，水流和冰受力算。由于Nysted海底石头较多，单桩式基座不可行，重力式基座较为合适。图1： Nysted 风电用的重力型基座，基座运载和安装的过程要求混凝土基座尽可能轻质。为此，该项目的基座采用带个开孔、单杆、顶部冰锥形的六边形底部结构，底部直径15米，最大高度16.25米，单个基座在中重量低于1300吨，适合海上操作。EIDE V号起重机船从运输码头把基座运载过去。然后，通过孔内添加重物和单杆为基座又增加了500吨重量，这些重量可保持基座的稳定性，防止滑移和倾覆刷保护分为两层结构，包括石头外层和一过滤层，材料由驳船上的液力挖掘机放置。 塔架要求：每个塔架有69米高，比陆上涡轮机的塔架低大约10％，这是由于陆上风切高于海上，只要采用较低的塔架就可获得相同的发电量。
２０１８年海上风电行业深度研究报告
目录 1.风电未来空间广阔，机组大功率化是趋势 (4) 1.1全球风电投资和装机稳定增长，未来前景广阔 (5) 1.2风电装机成本不断下降，机组大功率化成趋势 (6) 1.3中国风电装机居世界首位，国内风电占比稳步提升 (8) 2.陆上风电存量消纳仍是主要目标 (9) 2.1全国电力需求稳定增长 (9) 2.2弃风率有所降低，存量消纳仍是主要工作 (9) 2.2.1国家电网多举措促进消纳，弃风率有所改善 (9) 2.2.2预计能源局四季度将核准多条特高压工程以促进消纳 (11) 2.3新增装机规模空间有限，风电建设向中东南部迁移 (12) 2.4配额制促进消纳，竞价政策加速风电平价上网 (14) 2.5陆上风电消纳为主，分散式风电尚在布局 (14) 3.海上风电有望迎来快速发展期 (15) 4.投资建议 (20) 4.1金风科技（002202） (20) 4.2天顺风能（002531） (21) 4.3东方电缆（603606） (21)
图目录 图1：风电行业产业链 (4) 图2：全球清洁能源装机和发电量占比（包含水电） (5) 图3：全球清洁能源和风电投资额（十亿美元）及风电投资占比 (5) 图4：全球风电装机容量（GW）预测及同比增速（右轴） (5) 图5：2010-2017年全球风电装机成本和LCOE变化趋势 (6) 图6：1991-2017年中国新增和累计装机的风电机组平均功率 (6) 图7：2008-2017年全国不同单机容量风电机组新增装机占比 (7) 图8：2011年以来新增风电机组平均风轮直径（m）及增速 (7) 图9：2017年新增风电机组轮毂高度分布 (7) 图10：2017年不同国家新增风电装机份额 (8) 图11：2017年不同国家累计风电装机份额 (8) 图12：风力发电设备容量及占全部发电设备容量的比重 (8) 图13：风力发电量及占全部发电量的比重 (8) 图14：全社会用电量变化趋势 (9) 图15：近年来中国弃风电量（亿千瓦时）及弃风率情况 (10) 图16：国家电网近年来风电并网容量（GW） (10) 图17：国家电网近年来特高压线路长度（万公里） (10) 图18：2010-2017年全国风电新增和累计装机容量（GW） (12) 图19：2017年与2020年底累计风电装机占比变化趋势 (13) 图20：海上风电厂主要组成部分 (16) 图21：截至2017年底我国海上风电制造企业累计装机容量（MW） (17) 图22：截至2017年底我国海上风电开发企业累计装机容量（MW） (18) 图23：截至2017年底我国海上风电不同单机容量机组累计装机容量（万千瓦） (18) 图24：截至2017年底我国沿海各省区海上风电累计装机容量（万千瓦） (19) 表目录 表1：双馈齿轮箱技术和直驱永磁技术比较 (4) 表2：国家电网2017年消纳新能源举措（不完全统计） (11) 表3：2018年以来风电行业相关政策 (11) 表4：拟核准的三条和清洁能源输送相关的特高压工程 (12) 表5：主要政策中关于风电建设规模的表述 (13) 表6：分散式风电发展低于预期的主要原因（不完全统计） (15) 表7：我国海上风资源分类 (16) 表8：2017年我国海上风电制造企业新增装机容量 (17) 表9：2018年以来核准和开工的海上风电项目（不完全统计） (19) 表10：海陆丰革命老区振兴发展近期重大项目之海上风电项目 (20)
重磅！国内最大的海上风电项目将在我市沿海全面建成！ 鲁能东台海上风电项目自去年底首批机组并网发电以来，不断加快风机安装速度，从基础桩的施工，风机的吊装，到并网发电前的检测调试，各班组套搭进行，目前整个项目进展顺利，预计9月份将全面竣工投入运行。 在鲁能东台海上风电场项目的陆上集控中心，这里有我国单位容量最大、离岸距离最远、电压等级最高、海况最复杂的海上风电项目。这个项目的50台风机已经有26台并网发电，每个月的发电量达到了2400多万度。 鲁能东台海上风电项目位于东沙沙洲东南部，场区中心离岸距离36公里，总装机容量200兆瓦，共布置50台4兆瓦风机、一座220千伏海上升压站和一座陆上集控中心。该项目于2016年4月开工建设，当年12月首批机组并网发电，创造了“当年开工、当年并网发电”的海上风电建设新速度。 我国海上风电项目还处于起步阶段，鲁能东台项目在国内在建海上风电项目中单体容量最大，自重达2300吨的220千伏海上升压站也是目前国内电压等级最高，项目在施工过程中遇到的困难也是前所未遇。 跟随记者来到位于集控中心二楼的中控室，通过记者身后的大屏，可以清楚的看到海上升压站以及海上风机的一些基本运行情况。就像我们人类的大脑一样，负责控制和维
护整个风电项目的正常运行。 集控中心是整个项目的中枢神经，可实现对海上风机、升压站、220KV海缆远程实时监控，在国内海上风电领域，设备集成度高、技术超前、科技含量高，具有一定的引领和示范效应。项目运行过程中出现的许多隐患都是在这里被及时发现并解决的。 在抓好并网机组运行的同时，鲁能公司抢抓施工有利条件，推进在建项目建设。目前已完成42台桩基施工，27台风机吊装，其中26台已经并网发电，预计9月底可实现50台风机全部并网发电。 鲁能东台海上风电场场长裴波告诉记者，项目建成后，年上网电量将达到亿度，等效满负荷小时数2642小时，年营业收入达亿元，年可节约标准煤万吨。
中国海上风电行业发展现状分析在过去的十年中，风力发电在我国取得了飞速的发展,装机容量从 2004年的不到 75ＭＷ跃升至 2０15上半年的近 125GＷ,在全国电力总装机中的比重已超过7％，成为仅次于火电、水电的第三大电力来源。 2014 年全球海上风电累计容量达到了 875９MW，相比２０13 年增长了24.3%。截至２01４年底全球91%（８０45MW）的海上风机安装于欧洲的海域,为全球海上风电发展的中心。我国同样具备发展海上风电的基础,目前标杆电价已到位，沿海省份已完成海上风电装机规划，随着行业技术的进步、产业链优化以及开发经验的累积，我国海上风电将逐步破冰，并在“十三五”期间迎来爆发，至202０年30GW的装机目标或将一举突破。 陆上风电的单机容量以 1．5MW、2MW类型为主，截止至2０14年我国累计装机类型统计中,此两种机型占据了８3％的比例。而海上风电的机型则以２.5~5MW为主，更长的叶片与更大的发电机,对于风能的利用率也越高。 20１4年中国不同功率风电机组累计装机容量占比 ２０１4年底中国海上风电机组累计装机容量占比
在有效利用小时数上，陆上风电一般为１８００~２200h，而海上风电要高出20%~30％，达到２50０ｈ以上，且随单机规模的加大而提高。更强更稳的风力以及更高的利用小时数,意味着海上风电的单位装机容量电能产出将高于陆上。 我国风电平均利用小时数及弃风率 根据中国气象局的测绘计算,我国近海水深 5-5０米范围内，风能资源技术开发量约为５０0ＧW(扣除了航道、渔业等其他用途海域,以及强台风和超强台风经过 3 次及以上的海域) 。虽然在可开发总量上仅为陆上的 1/5,但从可开发/已开发的比例以及单位面积可开发量上看,海上风电的发展潜力更为巨大，年均增速也将更高。 一、全球海上风电发展现状 2014年全球海上风电累计容量达到了87５9MW,相比201３年增长２4．3%。在新增装机量上,２014全球新增装机1713ＭW,相比２0１3年的１567MW更进一步。欧洲为全球海上风电发展的中心。 201４年全球新增装机容量的１７13MW中,英国、德国、比利时共占了 1483.4ＭW，占比 8６.6%；其余为我国的 229.3MＷ,以及其他一些国家的小容量试点项目。
欧洲主要国家海上风电场情况 发电设备(2006No.5)LDI1-2500 阴, 阳离子交换器故障韵斩殁对策管加套双层网罩. 待买到符合要求的尼龙丝网罩( 原生产厂家或其他同类耐酸碱腐蚀性强, 强度足够的产品)后再完全更换成合格的尼龙丝网罩,同时将橡皮垫片更换为聚四氟乙烯垫片. (3) 将中间排液装置支管固定支架用的螺栓 X17X 2mm改垫片外径加大,厚度增加(由声44 为,/,55 X 21 x 5mm); (4) 将中间排液装置的所有焊缝裂纹打磨后补焊, 并仔细检查其它焊口, 将存在裂纹趋势及可能的母管, 支管焊缝以及法兰结合面等焊口重新 , 以提高其强度. 打磨后加焊 (5) 将离子交换器顶部顶压空气管管道全部 4 结论与建议 (1) 该系列离子交换器的部分阀门可考虑改为调节门, 以进行流量的调整控制. (2) 在反洗或再生时, 应先从中间排液装置或顶部进一定量的水, 淋湿树脂以减少损坏中间排液装置的可能性. (3) 在反洗或再生时应确认顶压空气已进入离子交换器内且压力满足要求后,方可开始反洗和再生工作. (4) 在出现设备故障后, 应详细分析故障原因, 然后将故障消灭在萌芽状态. 杜绝故障的重更换为不锈钢管.. 复发生, 避免大量人力和物力的浪费. 丹麦HomsRev(2002)80x2=160 瑞典 英国 德国
Middelgrund(2001) Tuno(1995) Vindeby(1991) YttreStengrund(2001) Utgrunden(2000) Bockstigen(1998) Norgensund(1990) Drouten(1996) Lely(1994) BlythOffstore(2000) HomsRev(2006)+40---~200MW 最终一416MW 在建7处,规划(2008)建成15处 在建 2 处,Noordzeewind 和Egmond;规划(2010)总容量1500MW 将建成NorthHoyle 和ScrobySands; 在建KentishFlats; 规划15 座总计7000MW (位于利物浦湾,沃什湾和泰晤士河口)(2006)500MW以上 (2010)3oooMW (2030)25000MW为1998年电力装机的15%)(赵旺初供稿) 28 52. m仙:20002加口硏思
未来5年中国海上风电行业发展分析预测 2019-2020年全球海上风电行业发展分析 一、2019年 中投产业研究院发布的《2020-2024年中国海上风电行业深度调研及投资前景预测报告》中显示：2019年全球海上风电行业新增装机容量超过6GW，达到创纪录的6.1GW，占全年风电新增装机的10%。总容量达到29GW。2019年的安装量比2018年增加了35.5%，安装了4.5GW。 中国海上风电新增装机超过2.3GW，创下新纪录（根据国家能源局发布的数据，2019年中国海上风电新增并网装机为 1.98GW）。作为全球海上风电累计装机最大的国家，英国位居第二，2019年新增1.8GW。德国位列第三，2019年新增装机1.1GW。 图表2015-2019年全球各国海上风电新增装机容量 数据来源：GWEC 截至2019年底，全球海上风电累计装机为29.1GW，英国以9723MW的累计容量排名第一，德国7493MW位居第二，中国6838MW名列第三（根据国家能源局发布的数据，截至2019年底中国海上风电累计并网装机为5.93GW）。
图表2019年全球海上风电累计装机国家分布 数据来源：GWEC 二、2020年 WFO发布了“2020年上半年全球海上风电报告”，统计显示，尽管受新冠疫情影响，全球上半年海上风电投产容量仍然超过250万千瓦，达到了2.535GW。 上半年共有来自英国、中国、德国、葡萄牙、比利时和美国的10座风场的海上风机投产。投产风场的平均规模为254MW，而2019年全年投产的海上风场规模为325MW。 截止到2020年上半年，从累计数据来看，全球海风装机总量接近30GW（29.839GW），有总计157座海上风场投产，其中105座位于欧洲，50座分布在亚洲，2座来自美国。 2019-2020年中国海上风电行业发展分析 一、2019年 中投产业研究院发布的《2020-2024年中国海上风电行业深度调研及投资前景预测报告》中显示：2018年中国海上风电新增装机436台，新增装机容量达到165.5万千瓦，同比增长42.7%；累计装机容量达到444.5万千瓦。 《2019全球风能发展报告》显示，2019年中国海上风电新增装机容量为2395MW，海上风电累计装机容量为6838MW。2019年，全国海上风电新增并网装机198万千瓦，到2019年底，全国海上风电累计并网装机593万千瓦。 2019年中国海上风电新增总装机量约为2.4GW，其中已并网1.98GW。中国仍然是海上风电新装机容量的领跑者，2019年新增装机容量超过2.3GW，为2.395GW。在亚洲，中国台湾以120MW的新增装机容量排在第六位，日本以3MW的新增装机容量排在第八位。到2028年，中国的风力发电预计将达到约1000TWh，太阳能发电将超过700TWh。也就是说，到2028年，技术升级将推动中国风力发电增量达到700TWh。 图表2013-2019年中国海上风电新增和累计装机容量 单位：万千瓦
全球海上风电现状与发展趋势 一、全球海上风电现状 根据最新数据显示，风能发电仅次于水力发电占到全球可再生资源发电量的16%。在全球高度关注发展低碳经济的语境下，海上风电有成为改变游戏规则的可再生能源电力的潜质。在人口密集的沿海地区，可以快速地建立起吉瓦级的海上风电场，这也使得海上风电可以成为通过经济有效的方式来减少能源生产环节碳排放的重要技术之一。海上风电虽然起步较晚，但是凭借海风资源的稳定性和大发电功率的特点，海上风电近年来正在世界各地飞速发展。在陆上风电已经在成本上能够与传统电源技术展开竞争的情况下，目前海上风电也正在引发广泛关注，它具有高度依赖技术驱动的特质，已经具备了作为核心电源来推动未来全球低碳经济发展的条件。 据全球风能理事会(GWEC)统计，2016年全球海上风电新增装机2,219MW，主要发生在七个市场。尽管装机量比去年同期下降了31%，但未来前景看好，全球14个市场的海上风电装机容量累计为14,384MW。英国是世界上最大的海上风电市场，装机容量占全球的近36%，其次是德国占29%。2016年，中国海上风电装机量占全球装机量的11%，取代了丹麦，跃居第三。其次，丹麦占8.8%，荷兰7.8%，比利时5%，瑞典1.4%。除此之外还包括芬兰、爱尔兰、西班牙、日本、韩国、美国和挪威等市场，共同促进了整个海上风电的发展。
1. 欧洲海上风电现状 欧洲风能协会（WindEurope）日前发布的《欧洲海上风电产业统计报告2016》中指出，2016年欧洲海上风电投资达到182亿欧元，创历史新高，同比增长39%。全年新增并网338台风力发电机，新增装机容量1558MW，较2015年减少了48%；累计共有3589台风力发电机并网，装机总量达12.6GW，分布在10个国家的81个风电场。2016年，比利时、德国、荷兰和英国还有11个风电项目正在建设当中，完成后将增加4.8GW装机，使得累计装机量可达17.4GW。 2. 欧洲海上风电市场展望 虽然2016年欧洲海上风电的并网容量远低于2015年，但大量项目的开工建设意味着，在未来两年，并网容量将会显著增加。 由于第三轮拍卖被延期，在2016年增长出现放缓后，英国海上风电发展速度将明显加快。德国市场将持续增长。比利时也将有新增装机，这主要来自于Nobelwind风电场和两个于2016年8月被核准的项目。未来两年，丹麦和荷兰于2015年和2016年获得特许权的项目也将开始动工。 到2019年，欧洲开工建设的海上风电项目数量将减少，因为彼时欧盟各个成员国此前依据可再生能源指令（Renewable Energy Directive）制定的国家可再生能源行动计划（NationalRenewableEnergy Action Plans，NREAPs）将到期。与2016年相似，到2020
海上风电输电与并网关键技术研究 发表时间：2019-04-03T09:59:32.597Z 来源：《电力设备》2018年第30期作者：李飞 [导读] 摘要：在所有可再生能源中，风力发电是拥有相关技术最为完善的发电方式，同样也是最具潜力的能源开发方式。 （山东电力建设第三工程有限公司山东青岛 266100） 摘要：在所有可再生能源中，风力发电是拥有相关技术最为完善的发电方式，同样也是最具潜力的能源开发方式。当前世界对能源资源需求迫切，由于海上存在丰富的能源，可以被利用非常多的风能，所以有非常多人进行研究海上风电输电并网关键技术。文章则对海上风电输电并网的研究进行了分析。并对现有的相关技术进行分析和总结。最后提出海上风电的发展仍需要进一步提升的结论。 关键词：海上风电；并网技术；海上变电站；风电的研究 引言：与陆上风电发展对比，我国相关的对于海上风电发展的研究仍比较落后。海上风电并网的研究预测等技术还处于初级发展阶段。然而随着国家逐渐发展海上能源技术，就急需相关人员尽快研究海上发电技术。文章就介绍了海上风电输电并网方面的技术的发展，并且对未来海上风电输电并网的发展给予期许。 一、海上风电输电技术 1.1 高压交流输电技术 要进行海上高压风电交流输电需要满足许多条件，要保障海上风电并网的电质量，要平衡电压电流。除此之外，因为电网与电场之间的作用是共同作用的，可以相互影响，当电压差突然过大或过小都会产生不良作用。更会造成在风电输电的整个过程产生的安全隐患。基于以上情况，就更需要海上风电场具备较强的防控能力。 1.2 高压直流输电技术 然而如果海上风电站距离岸边超过最高限度。那么采取当高压交流输电就难以实现远距离输电。也因此高压直流输电就具有输送距离远的优点。那么我们也可以说，高压直流输电就将成为未来海上输电的重要方式。 1.3 其他输电技术 而除了交流输电，直流输电等常见形式之外，还有分频输电和多相输电等方式。分频输电技术可以不提高电压减低输电频的方式进行输电。运用这种方式可以减少输电的路数提高输电频率，并且还可以提高线路的使用寿命。但其也有一些缺点，运用该技术会使低频变压器的花费增多。多相输电是指相数多于三相的输电技术，其技术具有提高输送效率的优点，但是由于相数的增多，会导致故障事故的增加，使操作更加困难。结合以上数据，考虑到资金、应用性来看，在以后海上输电仍以高压直流输电和高压交流输电为主。而由于海上风电技术的逐渐发展，未来海上风电场的规模应该更大，距离岸边更远的方向发展。那么海上风电直流输电的优势便凸显出来。 二、海上风电集电与变电设计技术 海上风电场电气系统由海上风电场集电与变电系统组成，其具有电气设备完善，连接方式复杂的特点。而海上风电场集电系统和海上升压站设计两部分。 2.1 海上风电集电系统设计技术 因为海上风电场运行复杂，海上条件较大，所以如果系统发生故障，则很难进行维护，并且进行维护的耗费也会加大。因此，要想使海上输电系统平稳运行，就需要更加维护集电系统。集电系统的优化技术包含系统优化、设备选型等。虽然当前相关技术已经取得了一定成绩，但仍需要结合相关实践取得的经验来进行进一步优化。海上风电场集电系统任务是将各风电机组输出的电能通过中压海底电缆汇集到海上变电站的汇流母线。 2.2 海上风电变电系统设计技术 自从我国发展海上输电技术以来，目前已经有多座海上电站建成并开始使用。而英国等欧洲地区则是我国海上电站的主要建成地。在实际应用中，工作人员通常会通过分析风电场位置，环境规模，地形等因素综合考虑设计、施工、运行、资金等情况对海上输电站进行优化选址。而在海上输电站内部设计建设过程中，合理的电气主接线方案和设备选型对提升变电站的可靠性。 三、海上风电功率预测技术 3.1 区域海气耦合模式研究 根据相关数据，，海上不受地形和植物、建筑等外部影响，海上流速较小，风电机影响距离远，范围大。同时由于海上会出现台风，波浪，大雾等恶劣环境都会使发电站运行受到不利影响。这些环境影响都会使得监测结果不同于陆地。同时由于海上环境复杂，海洋状况和大气之间都会相互制约，相互影响。基于海洋–海浪–大气模式耦合的数据模式，不仅可以改良风场和水汽运输的能力。而且可以通过海–气等物理过程来预报天气。当然由于海上风电预测的发展比陆地上相关技术发展较晚，还不能完全满足实际工程的需要。 3.2 台风预测技术 为了增强风电并网安全运行，则需要提高风电功率的预测准确程度。提高气象预报的精确程度，提高相关数据的分析编辑，来提升系统的自我保护能力。 四、海上风电集群控制技术 4.1海上风电控制技术 海上风电远程集群控制的目的，是将地舆上相邻、特性上相关且拥有1个共同地点接收的风电场集群进行整体分析、集中控制处理，以至于控制出力的周期性和运动性，以形成在规模和外部控制特性等与常规电厂类似的电源，具备灵活响应电网改动与控制的能力。海上风电集群控制技术按照功能可分为有功控制技术、无功控制技术及安全稳定控制技术。 4.2 海上风电有功控制技术 海上风电场的远距离有功控制技术大都被采用于海上风电，让风电集成系统能够在最大发动状态下参加各种系统调整、调频以及在特殊状态下的响应电网的活动。我国为了规范风电并网技术的应用，制定了国家相关的数据标准，并将其纳入法律规定。而根据国家电网发布的官方制度法规，都规定了电网场在运行过程中的准确的输出功率等数据。并且国内外学者都也研究了有功控制研究技术中相关的风电机组的运行状况。不仅这样，相关专家学者都将研究重心放在单个的电场。现在现有的功率分配的算法粗略可以分成加权和数学规划两种算法。其中平均分配，按风电场比例容量分配的为加权电场。这种算法操作简单，容易完成。而数学规划法则是从不同数据中选择最合适
[世界] 海上风电场：并不那么完美 2010年10月19日来源：上海壹周 (2010.10.19 新闻15) 编译/壹周记者李雪清图/IC 能源世界性告急，可再生能源成了传统能源的完美替代品，其中风能的潜力最受关注。然而，当一个个海上风电场割开原本静谧美丽的海岸线，人们发现，环保的项目完美之中或许也有隐患 涌动的海岸不安的生态 北诺福克位于英格兰北部，有英国的“自然遗产海岸”和“法定特殊美景区”。那里分布着一系列国家自然保护区，其中包括一处重要的沼泽地，一个覆盖陆地和海洋的特殊保护区，以及一个欧洲法律下的候补特别保护区。冬天，
天空被成群的粉脚雁遮住光亮，给人类闯入者无比的孤独感，尽管他们同时又身处说不尽名字的物种的围绕中。每年，几千名游客走进沼泽地和广袤的沙滩，其中不少乘船去看海豹。 没人会否认北诺福克独一无二的生态价值。更重要的是，那里拥有丰富的风力和潮汐资源，地平线仿佛永远都在涌动。但现在，这块涌动的地域成了风电开发商的淘金目的地。挪威能源巨头Statoil and Statkraft通过子公司Scira 进驻这条美丽的海岸线。对于电能开发商来说，这里是最理想的工程地址，因为水深不深，沙层的底部很适合把风力发电机的直杆式底座打进去，工程耗资也较小。但对野生动物或自然风景来说，却不一定是最好的。 北诺福克的海岸边，发现了41具海豹的尸体。目前，它们的死因还不明了，海洋管理组织的调查还在进行中。但它们身上有机器造成的螺旋型伤口，尸体出现的时间也和Scira的谢林汉姆海上风电场动工的时间巧合地一致。这个风电场距离海岸仅17公里。谢林汉姆海上风电场并不是对自然遗产海岸侵犯的终结，就在它的西边，英国森特里克集团打算在Docking滩投建一个更大的风电场，其中包括100台涡轮发电机，离岸只有14公里。森特里克在林肯郡的发电场，在临近的郡都能看到。 在英格兰北部的沃什湾，Scira计划投资几十万英镑改进当地社区，他们并不想被看成海豹的威胁。Scira有一个海洋哺乳动物监控团队，打桩前先用声纳检查有没有动物接近施工区域。这里的风电场一旦全力运营，可以为近22万个家庭提供足够的电能，每年可以减少50万吨的碳排放。 诺福克郡的风力发电潜力最早是由英国皇家财产局发现的。公司和财团随即展开了对这些地域的50年租约的追逐，获胜的竞标者可以提交他们的开发企划，并申请开发许可。诺福克郡的各处风电场址至今已经被拍卖了三轮。2001年，10组涡轮机被安装在第一轮拍卖的海上，每组最多有30台涡轮机，现在大多已经安装完毕并在运行中。两年后的第二轮竞拍，10家公司瓜分了15个更大的风力发电场址，其中一些发电机组也已经落成并投入使用，另外一些还在建设或规划中。 今年1月开始的第三轮拍卖让前两轮显得小巫见大巫。九个新场址绵延100英里，其中三个北海场址面积加起来相当于整个威尔士的面积。这些海域上的风力发电机如果全部落成投入使用，将把全球风力发电能力提高15倍。 那么英国有关部门又是如何保证所有这些风力发电场址符合生态环保要求？根据法律，拍卖的每一块海域都必须通过战略环境影响评价。但这项评估的缺点在于，它只能针对人类已知的东西进行评估，而我们对海洋生物的了解并不比宇宙的诞生多多少。海上风电场到底会怎样影响野生动物、鱼类、沿岸风景和旅游业，人们目前还没有清晰全面的认识。 过去，科学家们把过多精力花在了濒危的生物上，对于生生不息的海洋生物，人们反而了解不够。动物保护组织和NGO缺乏在海上搜集数据的志愿者、船只或飞机来收集数据，“政府却一点自己收集信息的意愿都没有。”英国皇家保护鸟类协会的运动部经理安德烈·法勒抱怨道。 鲸类和海豚保护协会很担心海洋哺乳动物的安全。很多物种，尤其鲸类把听觉当成第一感官。海上风电场动工的噪音非常大。如果鱼群被吓跑，它们就会挨饿，噪音大时还会导致受伤。而在人为竖立的障碍物中游弋也会带去新的危险。诺福克郡的海豹尸体或许不是建造风电场的船只所为——海洋中有很多船只都可能是凶手——但谁知道呢？