随着海上风电的迅速发展，海上风电功率大容量、远距离的传输需求越来越迫切。海上交流升压变电站(简称海上变电站)作为海上风电场与陆上电网之间的连接枢纽，逐渐成为海上风电开发中的重要环节，也是海上风电向更大规模、更深、远海域发展的关键技术之一。
然而，行业标准与运行数据的缺乏使得海上变电站设计中的许多问题与方法都处于研究与探索阶段，相关技术的应用效果也有待验证。
论文所解决的问题及意义
本文在国内外海上变电站设计相关的各项技术分析与运行效果调研的基础上，分析与比较了海上变电站与陆上变电站设计的差异性，归纳了海上变电站电气系统与运维部分设计的关键技术与相关研究，总结了海上变电站中的新技术发展与使用情况。本文内容可以为海上变电站设计提供参考。
论文重点内容
1、海上变电站与陆上变电站设计的差异性分析
侧重点的差异：传统的陆上变电站设计更侧重其运行可靠性及对电网的影响，海上变电站设计则更侧重安全性与全寿命周期内的经济性；变电站重量与体积的约束：海上变电站的重量与体积是必须考虑的两个重要参数与约束(参见图1)，对变电站的设备选型与布置提出了更高的要求；运维的特殊需求：海上变电站具有可及性、维护可操作性差的特点，通常需要额外结合海上运维的相关需求进行设计。
图1海上变电站容量与容质比
2、电气系统设计关键技术研究
变电站容量的选择：海上变电站间的容载比差异较大，大部分约在1~1.5之间，容量裕度低于陆上变电站，如图2所示；在海上变电站及高压海底电缆在容量选择时，采用适量低于风电场装机容量的方法，即“N+‘少量’”方法。研究表明：“N+”设计的输电系统可实现海上风电场LCOE下降1.3%。
图2海上风电场容量与其变电站容载比数据
主变形式的选择：Nysted海上变电站事故的经验总结认为：主变N-1设计是非常必要的。对于三相变压器/单相变压器：4台单相变压器构成的变压器组同样可以在满足“N-1”的基础上，显著降低海上变电站的体积、重量及成本。但是，单相变压器组导致变电站内部接线的复杂程度。对于双绕组变压器/分裂变压器：双绕组变压器设计简单、价格低。分裂变压器具有更好的电气特性；对于是否考虑分接头调压：变压器分接头部分频繁操作容易发生故障，对于维护困难的海上变电站来说，是非常不利的；对于油绝缘变压器/气体绝缘变压器：气体绝缘变压器具有多项优势，但GIT的应用缺乏长期运行经验与测试，风险较高。
无功补偿：对于海上变电站来说，当谐波分析结果显示海上变电站高压侧高频谐波水平越限时，则需要在变电站高压侧进行无功补偿(参见图3)。对于高压海底电缆来说，高压海底电缆的输送容量与输送距离与其两侧的无功补偿配置密切相关，这可能会成为影响远海风电场能否采用交流输电方式的关键因素。
图3无功补偿地点对220kV海底电缆传输能力的影响
3、运行与维护相关设计研究
柴油发电机：柴油发电机的配置显著提高了变电站的消防难度与成本；海上直升机平台：直升机在海上变电站运维中最大的作用将主要体现在事故条件下对运维人员的紧急援救，直升机平台设计还需要考虑相配套的人员救援通道的设计；海上住宿平台：目前还没有相关运行数据表明海上住宿平台的必要性，但是可知海上住宿平台更适用于远海风电场。
4、新技术研究
海上变电站设计研究中逐渐提出了一些新的技术与想法：更高电压等级的中压系统(参见表1)、海上轻型变压器(参见表2)，以及海上电网计划(参见图4)。
图4海上电网示意图
结论
从现有的研究来看，为了获得更好的海上风电场运行效益，一些新的方法、材料与技术将逐渐被应用到海上变电站设计中。与陆上变电站相比，海上变电站设计存在更多的可能性、更大的技术改进空间。从短期发展来看，推进海上变电站的标准化或典型性设计将有利于降低设备与建设成本，也有利于减少由于变电站设计不当导致突发事故发生的概率，提高安全性。
引文信息
黄玲玲，汤华，曹家麟，等．交流海上变电站设计相关研究综述［J］．中国电机工程学报，2017，37（5）：1351-1359．
团队介绍
符杨教授领导的上海电力学院“海上风电”课题组由7名教师与30余名研究生构成。课题组自2007年起开始进入海上风电研究领域，一直从事该方向的项目研究工作，具有较为坚实的理论基础和丰富的研究积累。近年来共承担了海上风力发电相关方向的研究课题50多项（国家级项目3项，省部级项目10余项，），获省部级科技进步奖4项，包括上海市科技进步一等奖1项，中国电力科技进步一等奖1项。课题组成员共发表论文100余篇（SCI、Ei检索论文70余篇），申请专利与软件著作权10多项。
符杨(1968)，男，教授，博士生导师，研究方向为风力发电与电力系统规划等，mfudong@126.com
黄玲玲(1982)，女，博士研究生，副教授，主要从事海上风力发电规划、运行维护等方面的研究工作，linglinghuang82@126.com。
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原标题：上海电力学院黄玲玲等：交流海上变电站设计相关研究综述
