2024海上风电柔性直流并网技术及装备

海上风电柔性直流并网技术及装备2024年07月目录 一、海上风电发展现状二、海风柔直并网关键技术三、适海性柔直核心装备四、海上风电发展趋势五、结语海上风电总体形势4政策：沿海各省“十四五”期间将大力发展海上风电等新能源广西：培育海上风电产业。规模化、集约化、可持续开发海上风电资源。海风产业日趋成熟我国海上风电累计装机容量走势（GW）世界范围：近年增长率将近20％，亚洲特别是中国将成为主要增长极中国发展：连续两年保持3GW增长（世界第一），总装机规模已跃居全球第三开发基础：国内开发潜力约7亿千瓦，沿海地区电力需求巨大，相关产业链日趋完善发电系统集控中心信息流电力流直流远海交流近海输电系统5海上风电系统简介6海上风电并网方式比较输送方式高压交流并网柔性直流并网技术成熟度成熟成熟输电距离<50km≥50km输送容量一般＜400MW500-3000MW环境影响较高较低联网要求须同步互联可异步联网，自换相；适合与弱系统和无源系统联网无功调节能力差，依靠补偿装置独立无功调节有功调节能力无好电压控制能力较差动态控制风电跟踪能力无MPPT故障恢复能力弱强损耗低较低投资成本较低较高，但呈下降趋势海上风电柔直工程应用7⚫

工程向大容量及近海岸发展已投运/在建/在规划工程及地域分布：15+条，欧洲占90％以上，国内处于起步阶段电压等级及容量：±150kV~±500kVDC，最大容量2000MW，呈上升趋势离岸距离：最近离岸45km，呈下降趋势目录 一、海上风电发展现状二、海风柔直并网关键技术三、适海性柔直核心装备四、海上风电发展趋势五、结语柔性直流输电技术9⚫

柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电后的一种新型直流输电方式，是目前世界上可控性最高、适应性最好的输电技术，为新能源并网提供了一种有效的技术手段海上风电柔性直流并网系统10⚫

海上风电柔直并网系统一般包括海上换流站、海底电缆、

陆缆、陆上换流站几个主要部分海上风电场海底直流电缆陆上交流电网陆上直流电缆海上换流站陆上交流变电站陆上换流站海上风电柔直并网系统海上汇集升压站海底交流电缆海风柔直关键技术11关键技术-海风系统特性分析换流器与风机的交互作用示意12换流站损耗分解谐振抑制功能：设计有源阻尼策略，解决海上换流器和风电机交互产生的谐振问题可靠性及冗余：开展可靠性分析，采取合理的冗余设计和备品备件配置损耗精细计算：评估换流站整体损耗，保证系统整体性能及经济性可靠性分析故障树模型关键技术-仿真验证技术13根据海上风电并网特性，建立数字-模拟混合仿真平台/物理模拟平台，实现万节点级全功能验证建立海上风电振荡风险等特性的全方位评估系统关键技术-智能运维14⚫

考虑到海上平台设备远离海岸、风浪侵扰大、检修窗口短等特殊情况，需远程管控海上平台设备的运行和状态跟踪，

并实施快速、精准检修关键技术-核心装备研制151

换流阀最核心设备，采用电力电子器件，主要用于实现交-直流转换水冷系统

3换流阀、联接变压器等设备的散热装置，保障系统安全运行国际一流直流装备制造商直流输电系统的“大脑”，负责整个输电系统的调度和指挥2 柔直控保设备消耗交流电网短时故障时风机产生的盈余功率，提高系统故障穿越能力耗能装置 4目录 一、海上风电发展现状二、海风柔直并网关键技术三、适海性柔直核心装备四、海上风电发展趋势五、结语核心装备-海上柔直换流阀17⚫

针对海上风电运行特性，优化后的换流阀在以下方面实现创新设计：换流阀（自主知识产权）高可靠性：免维护时间为4年易检修：单个子模块平均更换时间≤30min紧凑化：单位容量占地面积降低15％轻型化：单位容量换流阀重量降低10％核心装备-海上柔直控保设备CPS5000控制保护设备（自主知识产权）海上控保系统总体架构示意图技术特点：高性能人机界面有/无人值守兼容设计高可靠性和高可用率冗余高海洋环境耐受性满足IEC、CE、国际船级社标准18控制保护设备：适用于海上特殊环境的分布式、可视化、紧凑化的柔直控制保护设备控制策略：配置DC

chopper协调控制

、无源黑启动顺序控制、紧急功率控制等策略保护配置：考虑与风电场及海上平台火灾探测系统的保护配合等特殊保护功能核心装备-海上水冷系统紧凑化冷却系统19轻型化、紧凑化设计，降低设备体积和重量智能化高可靠性设计，满足远距离操作要求多层间接耦合冷却方式，减少设备内冷污染耐海水腐蚀材料，提高系统使用寿命换流阀被冷却部件主循环泵淡水板式换热器低温淡水高温淡水氮气瓶离子交换器膨胀罐补水泵脱气罐海水换热器

低温海水升温海水热泵空调、变压器等冷却系统暖通等供热系统海水循环淡水循环内冷循环三层冷却循环系统⚫

为减少海上换流站冷却系统占地面积，节省平台成本，基于风冷技术的传统冷却方式逐渐由海水冷却替代。具体优化内容有：核心装备-陆上耗能装置20技术特点：采用落地式支撑阀结构瞬时能量吸收能力强散热性能好，兼容室内/外安装要求具备自清除和快速恢复能力DC

Chopper（自主知识产权）VM-A阀基控制设备系统（VBC）A系统B系统VM-B阀控系统示意图实现功能：交流电网短时故障时吸收风机盈余功率技术路线：利用IGBT可关断器件灵活性，通过集中布置的高功率电阻耗能安装位置：一般配置在陆上换流站直流母线侧，降低投资成本21装备集成能力直流穿墙套管国产联接变压器完成换流阀与交流系统之间的功率传递并实现隔离国产桥臂电抗器滤除换流器产生的高次谐波，限制直流侧短路电流阀厅内外唯一的电气贯通设备，单体承载着全系统的电压和电流目录 一、海上风电发展现状二、海风柔直并网关键技术三、适海性柔直核心装备四、海上风电发展趋势五、结语23海上换流平台技术研究无海上交流升压站方案轻量化海上换流平台及布局设计⚫

海上平台集成及轻量化提高风机出口电压：将35kV电压提升至66kV直接接入换流站，可节省升压站配置，降低成本紧凑化、轻量化平台：1000MW平台重量可降低到万吨以下，同比下降超过50％大型海上风电集群广域跨度的海上风电场群间多端互联，可以平滑风功率的波动适用于大型海上风电基地，提高风电并网的可用率和可靠性海上多端直流并网陆上直流电网向海上直流电网发展高压直流断路器（自主知识产2权4）关键设备25多能互补电力系统海上风电+高性能储能系统交流侧短时间故障时吸收风机盈余功率，提升新能源电力系统的稳定性可实现调峰、调频等功能，降低电网潮流变化幅度、提高电网稳定性高性能储能电站LT隔离型全桥DC/DC级联式DC/ACUp0

Up1U11+-LTUp0

Up1U21+-LTUp0

Up1Un1+-S1S2S3S4S1S2S3S4S1S2S3S4S5S6S7S8S5S6S7S8S5S6S7S8S9

S11S10

S12S9S11S10

S12S9S11S10

S12ABCNC相B相A相C1C1C1U12

C2U22

C2Un2

C2iLiLiL磷酸铁锂电池组N链式高压储能变流器（自主知识产权）关 磷酸铁锂电池组1键设 磷酸铁锂电池组2备高性能储能电池马萨诸塞州Bay

state

wind项目26多种能源混合接入海上风电+海上太阳能与地面型太阳能相比，预估海上浮动式太阳能的发电量高出15%依靠柔性直流系统的优异性能，将极大提高新能源接入比例漂浮式太阳能电池板，同时收集波浪能大容量海上风电机组多能协调柔直并网系统目录 一、海上风电发展现状二、海风柔直并网关键技术三、适海性柔直核心装备四、海上风电发展趋势五、结语结语我国柔性直流输电领域已具备完全自主知识产权，已在多个工程中得到检验，电压、容量等核心参数已跃居世界前列大规模海上风电采用