柔性直流接入海上风电并网选址综合优化

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22011

摘要/Abstract

摘要：

随着海上风电的大规模开发，合适的海上风电柔性直流并网位置更有利于其优势的发挥。针对大规模海上风电经柔性直流接入陆地电网的并网选址，通过分析其并网主要影响因素，提出风电消纳能力、电网电压稳定性、并网点脆弱度和建设成本的评估指标。基于信息熵和模糊层次分析法，建立综合赋权模型确定各指标权重，提出并网点综合优化评估方法。某海上风电接入山东电网的仿真结果表明，所提方法增强了风电消纳能力，提高了电网安全稳定性。

关键词: 海上风电, 柔性直流输电(VSC-HVDC), 并网选址, 模糊层次分析, 安全消纳

Abstract:

With the large-scale development of offshore wind power, the suitable access point to power grid for offshore wind farm is more beneficial for voltage source converter high voltage direct current (VSC-HVDC) power transmission. Aiming at large scale offshore wind farm integrated by the VSC-HVDC, the evaluation indexes of wind power accommodation capability, grid voltage stability, grid-connected point vulnerability and construction cost were proposed by analyzing the main influencing factors of grid-connected. Based on the theory of information entropy and fuzzy analytic hierarchy process, a combination weighting model was established to determine the index weights, , and a comprehensive optimization method of access point selection was proposed. Simulation results of eastern Shandong power grid of China integrated with offshore wind farm demonstrate that the proposed method enhances the capability of wind power accommodation and improves the security and stability of power grid.

Key words: offshore wind power, voltage source converter high voltage direct current (VSC-HVDC), access point selection, fuzzy analytic hierarchy process, security accommodation

中图分类号:

TK 89

刘晓明, 谭祖贶, 袁振华, 刘玉田. 柔性直流接入海上风电并网选址综合优化[J]. 发电技术, 2022, 43(6): 892-900.

Xiaoming LIU, Zukuang TAN, Zhenhua YUAN, Yutian LIU. Comprehensive Optimization of Access Point Selection for Offshore Wind Farm Integrated With Voltage Source Converter High Voltage Direct Current[J]. Power Generation Technology, 2022, 43(6): 892-900.

图/表 8

图1 山东省东部沿海电网接线图

Fig. 1 Wiring diagram of eastern Shandong coastal power grid

表1 山东东部部分母线负荷数据

Tab. 1 Load data of buses in eastern Shandong

编号	名称	电压等级/kV	有功负载/MW	无功负载/(MV⋅A)
1	QX	525	600	205
2	MP	525	600	113
3	KY	525	253	139
4	CY	230	79.34	12
5	ZB	230	122.3	-0.62
6	YT	230	210	21
7	ZL	230	166.4	14.58
8	HW	230	8.435	-9.89
9	MT	230	-6.31	-4
10	NH	230	61	15.2
11	GC	230	40.58	-1
12	HH	230	-18.9	13.5
13	DJ	230	151.6	-10
14	LT	230	61.76	11
15	QJ	230	34.4	3.8
16	FL	230	68.6	12
17	ZQ	230	35.4	16.5

表2 标准化后各可选并网点指标值

Tab. 2 Index values of optional access points after standardization

并网点	风电消纳C₁	VSC电压支撑C₂	风电功率波动C₃	并网点脆弱度C₄	建设成本C₅
6	0.930 9	0	1.000 0	1.000 0	0.555 5
9	0.367 8	0.666 7	0	0.444 4	0.666 6
13	0	0.980 4	1.000 0	0	0
14	1.000 0	0.616 3	1.000 0	0.925 9	1.000 0

表3 各计算指标权重

Tab. 3 Weight of each evaluation index

权重类型	风电消纳C₁	VSC电压支撑C₂	风电功率波动C₃	并网点脆弱度C₄	建设成本C₅
客观权重 $ω i ¯$	0.224 9	0.190 8	0.177 3	0.210 2	0.196 8
主观权重 $ω i ¯ ¯$	0.280 0	0.260 0	0.200 0	0.150 0	0.110 0
综合权重 $ω i$	0.252 5	0.225 4	0.189 6	0.180 1	0.153 4

表3 各计算指标权重

Tab. 3 Weight of each evaluation index

权重类型	风电消纳C₁	VSC电压支撑C₂	风电功率波动C₃	并网点脆弱度C₄	建设成本C₅
客观权重 $ω i ¯$	0.224 9	0.190 8	0.177 3	0.210 2	0.196 8
主观权重 $ω i ¯ ¯$	0.280 0	0.260 0	0.200 0	0.150 0	0.110 0
综合权重 $ω i$	0.252 5	0.225 4	0.189 6	0.180 1	0.153 4

表4 各并网点得分

Tab. 4 Score of each optional access point

并网点	6	9	13	14
分值	0.690 0	0.425 4	0.410 6	0.901 2

表5 电压波动结果

Tab. 5 Results of voltage fluctuation

并网点	电压波动平均值/pu	电压波动最大值/pu
6	0.003 66	0.010 3
9	0.007 92	0.045 2
13	0.001 73	0.004 4
14	0.001 18	0.002 9

图2 1—2支路500 kV线路故障下典型母线电压

Fig. 2 Typical bus voltage of 1-2 branch 500 kV line fault

图3 3—13支路220 kV线路故障下母线10电压

Fig. 3 Bus 10 voltage of 3-13 branch 220 kV line fault

参考文献 29

1	Global Wind Energy Council ．GWEC global wind report 2021[EB/OL]．(2021-03-25)[2021-12-01]．．
2	中国国家能源局．国家能源局2021年一季度网上新闻发布会文字实录[EB/OL]．(2021-01-30)[2021-12-01]．．
	National Energy Administration ．Transcript of the online press conference of the China National Energy Administration in the first quarter of 2021[EB/OL]．(2021-01-30)[2021-12-01]．．
3	SOARES-RAMOS E， OLIVEIRA-ASSIS L， SARRIAS-MENA R，et al ．Current status and future trends of offshore wind power in Europe Energy[J]．Energy，2020，202：117787． doi:10.1016/j.energy.2020.117787
4	唐巍，郭雨桐，闫姝，等．多场景海上风电场关键设备技术经济性分析[J]．中国电力，2021，54(7)：178-184．
	TANG W， GUO Y T， YAN S，et al ．Techno-economic analysis of key equipment for offshore wind farms with multiple scenarios[J]．Electric Power，2021，54(7)：178-184．
5	余潇，卜广全，王姗姗．风电经柔直孤岛送出交流暂态过电压抑制策略研究[J]．发电技术，2022，43(4)：618-625． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21023
	YU X， BU G Q， WANG S S ．Research on transient AC overvoltage suppression strategy of islanded wind power transmission via VSC-HVDC[J]．Power Generation Technology，2022，43(4)：618-625． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21023
6	杨仁炘，施刚，蔡旭，等．风电场柔性直流并网控制保护技术现状与展望[J]．南方电网技术，2019，13(3)：48-57． doi:10.1049/iet-rpg.2019.0332
	YANG R X， SHI G， CAI X，et al ．Present situation and prospect of the control and protection technology for flexible DC integration of wind farm[J]．Southern Power System Technology，2019，13(3)：48-57． doi:10.1049/iet-rpg.2019.0332
7	李卫东，贺鸿鹏．考虑风电消纳的源-荷协同优化调度策略[J]．发电技术，2020，41(2)：126-130． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.18266
	LI W D， HE H P ．Source-load cooperative optimization dispatch strategy considering wind power accommodation[J]．Power Generation Technology，2020，41(2)：126-130． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.18266
8	刘天浩，朱元振，孙润稼，等．极端自然灾害下电力信息物理系统韧性增强策略[J]．电力系统自动化，2021，45(3)：40-48． doi:10.7500/AEPS20200430020
	LIU T H， ZHU Y Z， SUN R J，et al ．Resilience-enhanced strategy for cyber-physical power system under extreme natural disasters[J]．Automation of Electric Power Systems，2021，45(3)：40-48． doi:10.7500/AEPS20200430020
9	李湘旗，周洋，章德，等．VSC-HVDC线路接入点选址及容量优化配置方法[J]．电力自动化设备，2020，40(12)：113-118．
	LI X Q， ZHOU Y， ZHANG D，et al ．Method of access point selection and capacity optimal configuration for VSC-HVDC line[J]．Electric Power Automation Equipment，2020，40(12)：113-118．
10	LI Y， QIAO X， CHEN C，et al ．Integrated optimal siting and sizing for VSC-HVDC-link-based offshore wind farms and shunt capacitors[J]．Journal of Modern Power Systems and Clean Energy，2021，9(2)：274-284． doi:10.35833/mpce.2018.000538
11	VITTAL E， KEANE A ．Identification of critical wind farm locations for improved stability and system planning[J]．IEEE Transactions on Power Systems，2013，28(3)：2950-2958． doi:10.1109/tpwrs.2012.2235470
12	MA X， SUN Y， FANG H，et al ．Scenario-based multi objective decision-making of optimal access point for wind power transmission corridor in the load centers[J]．IEEE Transactions on Sustainable Energy，2013，4(1)：229-239． doi:10.1109/tste.2012.2214791
13	卞志鹏，徐政，肖亮，等．柔性直流送出的海上风电场接入点选择方法[J]．高电压技术，2018，44(7)：2189-2195．
	BIAN Z P， XU Z， XIAO L，et al ．Method for choosing access point of offshore wind farm transmitted by VSC-HVDC system[J]．High Voltage Engineering，2018，44(7)：2189-2195．
14	PAN J， NUQUI R， SRIVASTAVA K，et al ．AC grid with embedded VSC-HVDC for secure and efficient power delivery[C]//IEEE Energy 2030 Conference．Atlanta，GA，USA：IEEE，2008：1-6．
15	AIK D， ANDERSSON G ．Fundamental analysis of voltage and power stability of single-infeed voltage-source converter HVDC systems[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2019，34(1)：365-375． doi:10.1109/tpwrd.2018.2874335
16	URQUIDEZ O， XIE L ．Singular value sensitivity based optimal control of embedded VSC-HVDC for steady-state voltage stability enhancement[J]．IEEE Transactions on Power Systems，2016，31(1)：216-225． doi:10.1109/tpwrs.2015.2393253
17	李强，李凤婷，樊艳芳，等．风电并网对接入地区电压的影响[J]．中国电力，2012，45(4)：15-18． doi:10.3969/j.issn.1004-9649.2012.04.004
	LI Q， LI F T， FAN Y F，et al ．Voltage influence of wind power integration[J]．Electric Power，2012，45(4)：15-18． doi:10.3969/j.issn.1004-9649.2012.04.004
18	倪良华，闻佳妍，张晓莲，等．基于受冲击与断开后果脆弱度的电网关键线路识别[J]．电力系统保护与控制，2020，48(1)：81-87．
	NI L H， WEN J Y， ZHANG X L，et al ．Critical lines identification in power grid based on vulnerability of line under impact and disconnection consequence[J]．Power System Protection and Control，2020，48(1)：81-87．
19	MOEINI A， KAMWA I， MONTIGNY DE M，et al ．Application of battery energy storage for network vulnerability mitigation[C]//2016 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition (T&D)．Dallas，USA：IEEE，2016：1-5． doi:10.1109/tdc.2016.7519928
20	朱凌志，陈宁，韩华玲．风电消纳关键问题及应对措施分析[J]．电力系统自动化，2011，35(22)：29-34．
	ZHU L Z， CHEN N， HAN H L ．Key problems and solutions of wind power accommodation[J]．Automation of Electric Power Systems，2011，35(22)：29-34．
21	牛东晓，李建锋，魏林君，等．跨区电网中风电消纳影响因素分析及综合评估方法研究[J]．电网技术，2016，40(4)：1087-1093．
	NIU D X， LI J F， WEI L J，et al ．Study on technical factors analysis and overall evaluation method regarding wind power integration in trans-provincial power grid[J]．Power System Technology，2016，40(4)：1087-1093．
22	舒印彪，张智刚，郭剑波，等．新能源消纳关键因素分析及解决措施研究[J]．中国电机工程学报，2017，37(1)：1-9．
	SHU Y B， ZHANG Z G， GUO J B，et al ．Study on key factors and solution of renewable energy accommodation[J]．Proceedings of the CSEE，2017，37(1)：1-9．
23	钱卫华，姚建刚，龙立波，等．基于短期相关性和负荷增长的中长期负荷预测[J]．电力系统自动化，2007(11)：59-64． doi:10.3321/j.issn:1000-1026.2007.11.013
	QIAN W H， YAO J G， LONG L B，et al ．Short-term correlation and annual growth based mid-long term load forecasting[J]．Automation of Electric Power Systems，2007(11)：59-64． doi:10.3321/j.issn:1000-1026.2007.11.013
24	FONSÊCA T Q， RIBEIRO R L A， ROCHA T O A，et al ．Voltage grid supporting by using variable structure adaptive virtual impedance for LCL-voltage source converter DG converters[J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics，2020，67(11)：9326-9336． doi:10.1109/tie.2019.2952784
25	姜涛，李国庆，贾宏杰，等．电压稳定在线监控的简化L指标及其灵敏度分析方法[J]．电力系统自动化，2012，36(21)：13-18．
	JIANG T， LI G Q， JIA H J，et al ．Simplified L-index and its sensitivity analysis method for on-line monitoring of voltage stability control[J]．Automation of Electric Power Systems，2012，36(21)：13-18．
26	朱星阳，张建华，刘文霞，等．风电并网引起电网电压波动的评价方法及应用[J]．电工技术学报，2013，28(5)：88-98． doi:10.3969/j.issn.1000-6753.2013.05.012
	ZHU X Y， ZHANG J H， LIU W X，et al ．Evaluation methodology and its application of voltage fluctuation in power network caused by interconnected wind power[J]．Transactions of China Electrotechnical Society，2013，28(5)：88-98． doi:10.3969/j.issn.1000-6753.2013.05.012
27	黄弘扬，杨汾艳，徐政，等．基于改进轨迹灵敏度指标的动态无功优化配置方法[J]．电网技术，2012，36(2)：88-94．
	HUANG H Y， YANG F Y， XU Z，et al ．A dynamic VAR configuration method based on improved trajectory sensitivity index[J]．Power System Technology，2012，36(2)：88-94．
28	邓红雷，戴栋，李述文．基于层次分析-熵权组合法的架空输电线路综合运行风险评估[J]．电力系统保护与控制，2017，45(1)：28-34． doi:10.7667/PSPC160058
	DENG H L， DAI D， LI S W ．Comprehensive operation risk evaluation of overhead transmission line based on hierarchical analysis-entropy weight method[J]．Power System Protection and Control，2017，45(1)：28-34． doi:10.7667/PSPC160058
29	沈阳武，彭晓涛，施通勤，等．基于最优组合权重的电能质量灰色综合评价方法[J]．电力系统自动化，2012，36(10)：67-73．
	SHEN Y W， PENG X T， SHI T Q，et al ．A grey comprehensive evaluation method of power quality based on optimal combination weight[J]．Automation of Electric Power Systems，2012，36(10)：67-73．

[1]	樊昂, 李录平, 刘瑞, 欧阳敏南, 陈尚年. 不同风速对单桩式海上风电机组塔筒动态特性的影响[J]. 发电技术, 2024, 45(2): 312-322.
[2]	严新荣, 张宁宁, 马奎超, 魏超, 杨帅, 潘彬彬. 我国海上风电发展现状与趋势综述[J]. 发电技术, 2024, 45(1): 1-12.
[3]	许帅, 杨羽霏, 刚傲, 谢越韬, 张晓明, 刘功鹏. 中欧漂浮式海上风电关键技术与产业链合作路径研究[J]. 发电技术, 2024, 45(1): 13-23.
[4]	孙财新, 张波, 唐巍, 周昳鸣, 付明志, 秦猛, 郭小江. 海上风电机组国产化研究与实践[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 696-702.
[5]	贾文虎, 徐群杰. 海上风电设施防腐蚀技术研究进展[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 703-711.
[6]	周昳鸣, 闫姝, 刘鑫, 张波, 郭雨桐, 郭小江. 中国海上风电支撑结构一体化设计综述[J]. 发电技术, 2023, 44(1): 36-43.
[7]	吴荣辉, 刘冬, 郁冶, 牟凯龙, 赵兰浩. 基于浸入边界法的海上风电双向流固耦合数值模拟方法[J]. 发电技术, 2023, 44(1): 44-52.
[8]	董辉, 葛维春, 张诗钽, 刘闯, 楚帅. 海上风电制氢与电能直接外送差异综述[J]. 发电技术, 2022, 43(6): 869-879.
[9]	高小童, 秦志龙, 高新宇. 含海上风电-光伏-储能的多能源发输电系统可靠性评估[J]. 发电技术, 2022, 43(4): 626-635.
[10]	余潇, 卜广全, 王姗姗. 风电经柔直孤岛送出交流暂态过电压抑制策略研究[J]. 发电技术, 2022, 43(4): 618-625.
[11]	杨万开, 王兴国, 王书扬. 渝鄂柔性直流输电接入电网高频谐振与抑制分析[J]. 发电技术, 2022, 43(3): 492-500.
[12]	杨舟, 杨仁炘, 施刚, 张建文. 一种用于多端直流输电系统交流故障穿越的新型控制策略[J]. 发电技术, 2022, 43(2): 268-277.
[13]	张智伟, 张建平, 刘明, 纪海鹏, 诸浩君, 周圣荻. 芦潮港海上风资源变化特性分析[J]. 发电技术, 2022, 43(2): 260-267.
[14]	邹晓阳, 潘卫国. 海上浮式风机动力学仿真分析研究进展[J]. 发电技术, 2022, 43(2): 249-259.
[15]	朱家宁, 张诗钽, 葛维春, 刘闯, 楚帅. 海上风电外送及电能输送技术综述[J]. 发电技术, 2022, 43(2): 236-248.