2024海上風(fēng)電柔性直流并網(wǎng)技術(shù)及裝備

海上風(fēng)電柔性直流并網(wǎng)技術(shù)及裝備2024年07月目錄 一、海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀二、海風(fēng)柔直并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)三、適海性柔直核心裝備四、海上風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)五、結(jié)語海上風(fēng)電總體形勢(shì)4政策：沿海各省“十四五”期間將大力發(fā)展海上風(fēng)電等新能源廣西：培育海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)。規(guī)?；?、集約化、可持續(xù)開發(fā)海上風(fēng)電資源。海風(fēng)產(chǎn)業(yè)日趨成熟我國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量走勢(shì)（GW）世界范圍：近年增長(zhǎng)率將近20％，亞洲特別是中國(guó)將成為主要增長(zhǎng)極中國(guó)發(fā)展：連續(xù)兩年保持3GW增長(zhǎng)（世界第一），總裝機(jī)規(guī)模已躍居全球第三開發(fā)基礎(chǔ)：國(guó)內(nèi)開發(fā)潛力約7億千瓦，沿海地區(qū)電力需求巨大，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善發(fā)電系統(tǒng)集控中心信息流電力流直流遠(yuǎn)海交流近海輸電系統(tǒng)5海上風(fēng)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介6海上風(fēng)電并網(wǎng)方式比較輸送方式高壓交流并網(wǎng)柔性直流并網(wǎng)技術(shù)成熟度成熟成熟輸電距離<50km≥50km輸送容量一般＜400MW500-3000MW環(huán)境影響較高較低聯(lián)網(wǎng)要求須同步互聯(lián)可異步聯(lián)網(wǎng)，自換相；適合與弱系統(tǒng)和無源系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)無功調(diào)節(jié)能力差，依靠補(bǔ)償裝置獨(dú)立無功調(diào)節(jié)有功調(diào)節(jié)能力無好電壓控制能力較差動(dòng)態(tài)控制風(fēng)電跟蹤能力無MPPT故障恢復(fù)能力弱強(qiáng)損耗低較低投資成本較低較高，但呈下降趨勢(shì)海上風(fēng)電柔直工程應(yīng)用7?

工程向大容量及近海岸發(fā)展已投運(yùn)/在建/在規(guī)劃工程及地域分布：15+條，歐洲占90％以上，國(guó)內(nèi)處于起步階段電壓等級(jí)及容量：±150kV~±500kVDC，最大容量2000MW，呈上升趨勢(shì)離岸距離：最近離岸45km，呈下降趨勢(shì)目錄 一、海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀二、海風(fēng)柔直并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)三、適海性柔直核心裝備四、海上風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)五、結(jié)語柔性直流輸電技術(shù)9?

柔性直流輸電是繼交流輸電、常規(guī)直流輸電后的一種新型直流輸電方式，是目前世界上可控性最高、適應(yīng)性最好的輸電技術(shù)，為新能源并網(wǎng)提供了一種有效的技術(shù)手段海上風(fēng)電柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)10?

海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)一般包括海上換流站、海底電纜、

陸纜、陸上換流站幾個(gè)主要部分海上風(fēng)電場(chǎng)海底直流電纜陸上交流電網(wǎng)陸上直流電纜海上換流站陸上交流變電站陸上換流站海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)系統(tǒng)海上匯集升壓站海底交流電纜海風(fēng)柔直關(guān)鍵技術(shù)11關(guān)鍵技術(shù)-海風(fēng)系統(tǒng)特性分析換流器與風(fēng)機(jī)的交互作用示意12換流站損耗分解諧振抑制功能：設(shè)計(jì)有源阻尼策略，解決海上換流器和風(fēng)電機(jī)交互產(chǎn)生的諧振問題可靠性及冗余：開展可靠性分析，采取合理的冗余設(shè)計(jì)和備品備件配置損耗精細(xì)計(jì)算：評(píng)估換流站整體損耗，保證系統(tǒng)整體性能及經(jīng)濟(jì)性可靠性分析故障樹模型關(guān)鍵技術(shù)-仿真驗(yàn)證技術(shù)13根據(jù)海上風(fēng)電并網(wǎng)特性，建立數(shù)字-模擬混合仿真平臺(tái)/物理模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)萬節(jié)點(diǎn)級(jí)全功能驗(yàn)證建立海上風(fēng)電振蕩風(fēng)險(xiǎn)等特性的全方位評(píng)估系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)-智能運(yùn)維14?

考慮到海上平臺(tái)設(shè)備遠(yuǎn)離海岸、風(fēng)浪侵?jǐn)_大、檢修窗口短等特殊情況，需遠(yuǎn)程管控海上平臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行和狀態(tài)跟蹤，

并實(shí)施快速、精準(zhǔn)檢修關(guān)鍵技術(shù)-核心裝備研制151

換流閥最核心設(shè)備，采用電力電子器件，主要用于實(shí)現(xiàn)交-直流轉(zhuǎn)換水冷系統(tǒng)

3換流閥、聯(lián)接變壓器等設(shè)備的散熱裝置，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行國(guó)際一流直流裝備制造商直流輸電系統(tǒng)的“大腦”，負(fù)責(zé)整個(gè)輸電系統(tǒng)的調(diào)度和指揮2 柔直控保設(shè)備消耗交流電網(wǎng)短時(shí)故障時(shí)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的盈余功率，提高系統(tǒng)故障穿越能力耗能裝置 4目錄 一、海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀二、海風(fēng)柔直并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)三、適海性柔直核心裝備四、海上風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)五、結(jié)語核心裝備-海上柔直換流閥17?

針對(duì)海上風(fēng)電運(yùn)行特性，優(yōu)化后的換流閥在以下方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)：換流閥（自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)）高可靠性：免維護(hù)時(shí)間為4年易檢修：?jiǎn)蝹€(gè)子模塊平均更換時(shí)間≤30min緊湊化：?jiǎn)挝蝗萘空嫉孛娣e降低15％輕型化：?jiǎn)挝蝗萘繐Q流閥重量降低10％核心裝備-海上柔直控保設(shè)備CPS5000控制保護(hù)設(shè)備（自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)）海上控保系統(tǒng)總體架構(gòu)示意圖技術(shù)特點(diǎn)：高性能人機(jī)界面有/無人值守兼容設(shè)計(jì)高可靠性和高可用率冗余高海洋環(huán)境耐受性滿足IEC、CE、國(guó)際船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)18控制保護(hù)設(shè)備：適用于海上特殊環(huán)境的分布式、可視化、緊湊化的柔直控制保護(hù)設(shè)備控制策略：配置DC

chopper協(xié)調(diào)控制

、無源黑啟動(dòng)順序控制、緊急功率控制等策略保護(hù)配置：考慮與風(fēng)電場(chǎng)及海上平臺(tái)火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的保護(hù)配合等特殊保護(hù)功能核心裝備-海上水冷系統(tǒng)緊湊化冷卻系統(tǒng)19輕型化、緊湊化設(shè)計(jì)，降低設(shè)備體積和重量智能化高可靠性設(shè)計(jì)，滿足遠(yuǎn)距離操作要求多層間接耦合冷卻方式，減少設(shè)備內(nèi)冷污染耐海水腐蝕材料，提高系統(tǒng)使用壽命換流閥被冷卻部件主循環(huán)泵淡水板式換熱器低溫淡水高溫淡水氮?dú)馄侩x子交換器膨脹罐補(bǔ)水泵脫氣罐海水換熱器

低溫海水升溫海水熱泵空調(diào)、變壓器等冷卻系統(tǒng)暖通等供熱系統(tǒng)海水循環(huán)淡水循環(huán)內(nèi)冷循環(huán)三層冷卻循環(huán)系統(tǒng)?

為減少海上換流站冷卻系統(tǒng)占地面積，節(jié)省平臺(tái)成本，基于風(fēng)冷技術(shù)的傳統(tǒng)冷卻方式逐漸由海水冷卻替代。具體優(yōu)化內(nèi)容有：核心裝備-陸上耗能裝置20技術(shù)特點(diǎn)：采用落地式支撐閥結(jié)構(gòu)瞬時(shí)能量吸收能力強(qiáng)散熱性能好，兼容室內(nèi)/外安裝要求具備自清除和快速恢復(fù)能力DC

Chopper（自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)）VM-A閥基控制設(shè)備系統(tǒng)（VBC）A系統(tǒng)B系統(tǒng)VM-B閥控系統(tǒng)示意圖實(shí)現(xiàn)功能：交流電網(wǎng)短時(shí)故障時(shí)吸收風(fēng)機(jī)盈余功率技術(shù)路線：利用IGBT可關(guān)斷器件靈活性，通過集中布置的高功率電阻耗能安裝位置：一般配置在陸上換流站直流母線側(cè)，降低投資成本21裝備集成能力直流穿墻套管國(guó)產(chǎn)聯(lián)接變壓器完成換流閥與交流系統(tǒng)之間的功率傳遞并實(shí)現(xiàn)隔離國(guó)產(chǎn)橋臂電抗器濾除換流器產(chǎn)生的高次諧波，限制直流側(cè)短路電流閥廳內(nèi)外唯一的電氣貫通設(shè)備，單體承載著全系統(tǒng)的電壓和電流目錄 一、海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀二、海風(fēng)柔直并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)三、適海性柔直核心裝備四、海上風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)五、結(jié)語23海上換流平臺(tái)技術(shù)研究無海上交流升壓站方案輕量化海上換流平臺(tái)及布局設(shè)計(jì)?

海上平臺(tái)集成及輕量化提高風(fēng)機(jī)出口電壓：將35kV電壓提升至66kV直接接入換流站，可節(jié)省升壓站配置，降低成本緊湊化、輕量化平臺(tái)：1000MW平臺(tái)重量可降低到萬噸以下，同比下降超過50％大型海上風(fēng)電集群廣域跨度的海上風(fēng)電場(chǎng)群間多端互聯(lián)，可以平滑風(fēng)功率的波動(dòng)適用于大型海上風(fēng)電基地，提高風(fēng)電并網(wǎng)的可用率和可靠性海上多端直流并網(wǎng)陸上直流電網(wǎng)向海上直流電網(wǎng)發(fā)展高壓直流斷路器（自主知識(shí)產(chǎn)2權(quán)4）關(guān)鍵設(shè)備25多能互補(bǔ)電力系統(tǒng)海上風(fēng)電+高性能儲(chǔ)能系統(tǒng)交流側(cè)短時(shí)間故障時(shí)吸收風(fēng)機(jī)盈余功率，提升新能源電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性可實(shí)現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻等功能，降低電網(wǎng)潮流變化幅度、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性高性能儲(chǔ)能電站LT隔離型全橋DC/DC級(jí)聯(lián)式DC/ACUp0

Up1U11+-LTUp0

Up1U21+-LTUp0

Up1Un1+-S1S2S3S4S1S2S3S4S1S2S3S4S5S6S7S8S5S6S7S8S5S6S7S8S9

S11S10

S12S9S11S10

S12S9S11S10

S12ABCNC相B相A相C1C1C1U12

C2U22

C2Un2

C2iLiLiL磷酸鐵鋰電池組N鏈?zhǔn)礁邏簝?chǔ)能變流器（自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)）關(guān) 磷酸鐵鋰電池組1鍵設(shè) 磷酸鐵鋰電池組2備高性能儲(chǔ)能電池馬薩諸塞州Bay

state

wind項(xiàng)目26多種能源混合接入海上風(fēng)電+海上太陽能與地面型太陽能相比，預(yù)估海上浮動(dòng)式太陽能的發(fā)電量高出15%依靠柔性直流系統(tǒng)的優(yōu)異性能，將極大提高新能源接入比例漂浮式太陽能電池板，同時(shí)收集波浪能大容量海上風(fēng)電機(jī)組多能協(xié)調(diào)柔直并網(wǎng)系統(tǒng)目錄 一、海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀二、海風(fēng)柔直并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)三、適海性柔直核心裝備四、海上風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)五、結(jié)語結(jié)語我國(guó)柔性直流輸電領(lǐng)域已具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已在多個(gè)工程中得到檢驗(yàn)，電壓、容量等核心參數(shù)已躍居世界前列大規(guī)模海上風(fēng)電采用