海上风电的黑启动系统设计_戴显康.pdf

Application 创新应用180 电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月1 黑启动系统项目应用情况黑启动系统设备配置。黑启动系统主要由柴油发电机组、可变负载、变压器组成，其参数需求如表1所示。黑启动系统一次系统如图1所示。图1中虚框内展示的就是黑启动系统的一次图。黑启动系统的核心设备包括柴油发电机、可变负载与变压器三个部分，在海上平台这三部分设备都需要安置在集装箱内。图1中三个方框就是对应的三个集装箱。（1）柴油发电机组和可变负载出线侧的0.4kV电压，（2）经升压变转成35kV后，用0 引言近年来江苏沿海大力发展海上风电1-3。江苏省发改委公示的“十四五”海上风电规划中明确，“十四五”期间江苏省规划海上风电场址共28个，规模9 090MW。2021年，三峡新能源南通有限公司在江苏如东新建两处容量共800MW的海上风电场并通过400kV柔性直流输电系统将电能输送至陆上500kV通海变电站。然而，500kV通海变预计于2021年9月底才能完工并具备并网条件，且柔性直流输电系统并网调试周期预计也需要23个月的时间，并且调试周期、海况因素均不可控，这将无法保证三峡如东项目200台风机的并网时间以及实现三峡如东海上风电项目2021年年底前全容量并网的目标。因此本工程采用黑启动技术模拟微电网，以达到提供并网电源、提前完成风机并网调试的目的。黑启动是指整个电力系统因故障停运后，不依赖其他电网的帮助，通过系统中具有自启动能力机组（如：柴油发电机）的启动，从而带动无自启动能力的机组，逐步扩大电力系统的恢复范围，最终实现整个电力系统回复的过程4-9。本工程利用柴油发电机、可变负载、变压器组成黑启动微系统，并将其安装于海上升压站平台，利用海缆实现风机供电，并完成风机相应调试及并网工作。作者简介：戴显康，三峡新能源南通有限公司；研究方向：风电并网技术。收稿日期：2022-05-12；修回日期：2023-02-12。摘要：阐述了一种全新的海上风电基建调试模式。在正式电源送达海上升压站前，建立黑启动系统，实现风电场自供电，再利用黑启动系统为风机提供稳定的调试电源，在完成风机各项功能的调试后，帮助风机提前并网。关键词：海上风电，黑启动，风机调试，风电并网。中图分类号：TM614 文章编号：1000-0755(2023)02-0180-02文献引用格式：戴显康，庒清寒，陶思辰.海上风电的黑启动系统设计J.电子技术,2023,52(02):180-181.海上风电的黑启动系统设计戴显康，庒清寒，陶思辰（三峡新能源南通有限公司，江苏 226400）Abstract This paper describes a new offshore wind power infrastructure commissioning mode.Before the formal power supply is delivered to the offshore booster station,a black start system is established to realize the self-power supply of the wind farm,and then the black start system is used to provide a stable commissioning power supply for the wind turbine.After the commissioning of various functions of the wind turbine is completed,the wind turbine can be connected to the grid in advance.Index Terms offshore wind power,black start,wind turbine commissioning,wind power grid connection.Design of Black Start of Offshore Wind Power DAI Xiankang,ZHUANG Qinghan,TAO Sichen(Three Gorges New Energy Nantong Co.,Ltd.,Jiangsu 226400,China.)表1 黑启动系统设备及参数需求Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月 1812根25m长的35kV阻燃电缆，连接至35kV 段及段母线。2 前期研究准备 2.1 海缆充电功率仿真测算研究海缆输电线路存在对地电容，当线路带有电压时，电容会产生无功功率，这种无功功率称为充电功率。在海缆线路空载或者轻载时线路末端电压会高于电源电压。风电场的正常运行需要吸收大量的无功功率，而充电功率的存在会对风电场的运行带来一定的影响。所以对海缆线充电功率进行无功补偿是很有必要的。因此本项目首先根据海缆标准充电电容数据测算出实际充电电容大小；然后，根据海缆充电功率的大小在黑启动系统中合理配置可调节负载参数进行仿真使得线路满足电压运行限额，以此来保证系统稳定运行。2.2 黑启动系统升压过程仿真本项目根据江苏方天电力技术有限公司对三峡如东H6海上风电黑启动系统所设计的启动方案，对该风电场黑启动过程进行仿真建模。首先基于Matlab/Simulink对黑启动系统中各个电气设备、海缆及风机分别进行模型搭建，并对黑启动系统带风机并网各个升压过程进行仿真验证，结合实际工程考虑，选择适当的柴油发电机容量、确定柴油发电机功率因数等作为后续研究的数据基础。2.3 黑启动系统带风电并网过程仿真根据三峡如东海上风电黑启动工程实际需要，考虑黑启动系统带集电线路、箱变、辅机及风机零起升压多种情况，对以下几种工况进行仿真：（1）黑启动系统仅带集电线路；（2）黑启动系统带集电线路带箱变；（3）黑启动系统带集电线路带箱变带远端辅机；（4）黑启动系统带集电线路带箱变带全部辅机；（5）黑启动系统带风机启动并网实验过程搭建模型，分析仿真结果并绘制仿真曲线，验证黑启动方案的可行性。3 调试方案从低压到高压，首先是站里自带的柴油发电机经0.4kV母线及站用变升压至35kV 段及段母线，35kV段及段母线经母联开关接到35kV段及段母线，35kV各段母线上分别连接着风机的各段馈线，之后四段母线经两主变升压至220kV母线并经海缆送出。具体步骤如下：（1）各个设备状态检查、绝缘检查；（2）预调试风机回路检查、海缆绝缘测试；（3）柴油发电机空载启动预热；（4）可调负载根据仿真计算的线路充电功率设置有功、无功参数；（5）黑启动系统连接海缆及风机箱变零起升压，风机变频器加热除湿；（6）根据风机并网功率调整可调负载参数，风机并网试验。4 结语在黑启动系统带风机启动并网实验中，利用黑启动系统对鼠笼式风力发电机的辅机系统进行供电，当风速满足启动条件时，风机自启动，等到风电场稳定运行后将系统并入大电网。三峡如东海上风电风黑启动试验，是国内风电场“黑启动”方案首次应用，也将为海上风电的建设开辟新的思路。参考文献1 王鑫,王海云,王维庆.大规模海上风电场电力输送方式研究J.电测与仪表,2020,57(22):55-62.2 戚创创,王向文.考虑风向和大气稳定度的海上风电功率短期预测J.电网技术,2021,45(07):2773-2780.3 陈柏超,罗璇瑶,袁佳歆等.考虑工频过电压的海上风电场无功配置方案研究J.电测与仪表,2018,55(13):78-83.4 汤奕,戴剑丰,冯祎鑫,王琦,徐钢,杜先波.基于虚拟惯量的风电场黑启动频率协同控制策略J.电力系统自动化,2017,41(03):19-24+32.5 尤宏飞.储能辅助风光电站参与黑启动的可行性评估和优化控制D.吉林：东北电力大学,2020.6 王子琦.含储能的大型风力电场自启动控制策略研究D.四川：电子科技大学,2020.7桑顺,齐琛,张新松,黄杰杰,茅靖峰,顾菊平.永磁直驱风电机组的构网型控制与黑启动J.电网技术,2022,46(08):3168-3180.8 方梓熙,艾斯卡尔,蔡旭等.基于混合直流换流器的海上风电送出系统的启动策略J.高电压技术,2021,47(08):2698-2707.9 方梓熙,蔡旭,史先强等.混合型海上风电直流换流器的拓扑优化与控制J.中国电机工程学报,2021,41(24):8546-8560.图1 黑启动系统一次系统图