考虑海底电缆充电功率的风电场出力特性︱本刊学术

广东工业大学自动化学院的研究人员姜韬韬，在2015年第5期《电气技术》杂志上撰文，考虑连接风电场的海底电缆的充电功率较大，易引起母线电压偏高的问题，本文指出了风电场存在一个出力下限。分析计算了不同无功补偿方式下，补偿容量与风电场出力下限的关系。采用稳态潮流仿真的方法，确定了不同方式下的风电场出力下限。当风电场采用超前功率因数运行，吸收海底电缆上的充电功率，并配合高抗的无功补偿装置，可以在满足电压不越界的条件下，降低风电场出力的下限，使风电场更好的参与电网的调节。

现代工业以消耗大量能源为基础得到了飞速的发展，随着常规能源逐渐被消耗，寻找可替代的清洁能源来满足未来工业发展的需要成为当务之急。风力发电作为一种特殊的发电形式应运而生，理论上只需要利用地球上1%的风能储量就可以满足人类的需求。

我国已经在东北、华北和西北地区大力发展陆上风能资源，但随着风电发展的逐步深入，相比较受到路上运输与安装等方面条件制约的陆上风电，海上风电越来越受到关注。海上风电具有大而稳定的风速，能够节约土地资源，设计寿命一般较长，分切度小等优点[1]。

而中国海上风能资源非常丰富，以东部沿海为例，水深达到2m~15m的海域面积非常辽阔，具有3倍于陆上的可利用风能资源，而且靠近负荷中心[2]。

根据统计，我国已建成海上风电装机容量为142MW。按照我国的可再生能源“十二五”规划，我国计划建立一条完整的海上风电成套技术的产业链，并在2015年后海上风电达到世界先进水平，实现规模化发展。到2020年我国海上风电达到3000万kW[3]。

随着海上风电发展的逐步推进，海上风电与电缆的研究也开始兴起。文献[4-5]介绍了海上风电场主要的3种并网方式，对他们的特点进行了比较。文献[6]详细例举了国内外一些采用海底电缆进行区域电网互联的输电工程，及电缆在应用中遇到的问题。

文献[7-8]都针对海南500kV交流跨海联网工程进行了研究，通过不同无功补偿方案的选择研究了对系统电压的影响。文献[9]通过提出风电场出力分布特征指数这一指标，通过比较海上风电与陆上风电的出力特性，给出了一些对海上风电消纳问题的建议。

文献[10]从海上风电场自身建设的规模、与所处地区的风向和风速的角度分析风电场出力波动性，文献[11]介绍了海上风电与波浪能发电这两种发电方式的出力特性与互补运行的可行性，文献[12]使用PSCAD/EMTDC建立海上风电场的仿真模型，仿真了过电压对电缆绝缘的影响。文献[13]考虑了风电场海缆的充电功率，提出了相对电容系数这一指标，通过这一指标确定海上风电场无功补偿方案。

因此，本文主要研究采用高压交流输电方式海上风电场的最小注入功率问题，使用了稳态潮流仿真法来确定不同无功补偿方式下，海上风电场的注入功率。

结论

本文通过仿真证明了海上风电场采用海底电缆作为电能传输方式时，由于电缆充电功率的存在，使风电场的出力存在一个出力下限，并通过仿真计算进行验证，结果表明：

1）在风机出力较小时电缆充电功率的存在，起到了稳定端电压的作用。

2）无功补偿容量的增加，可以使风电场的出力下限降低。

3）采用在海底电缆采用两端齐补的方式比采用一端补偿的方式更能降低海底电缆充电功率对电压的影响，使风电场出力下限降低。

4）本文建议在必要的时候，可以将风电场的功率因数调整为负值（超前），适当吸收电缆上的充电功率，并在海底电缆两端适当添加高抗补偿装置，不仅能降低登陆点端电压，而且能起到减小风电场的出力下限的作用，提高海上风电场参与电网调节的能力。