海上风电柔性直流并网技术及装备南瑞集团某著名企业

某著名企业普瑞工程C-EPRINARIGROUPCORPORATION海上风电柔性直流并网技术及装备某著名企业2021年07月某著名企业普瑞工程公司概况NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI南瑞某著名企业直属科研产业单位。行业定位：电力行业的技术引某省市场引导者，能源互联网和能源装备技术引领者及整体解决方案提供商。普瑞工程：南瑞集团全资子公司，注册地：北京。“特聘专家”、“万人计划”专家多名高层次领军人才领军专家行业定位：国内首家、世界第三家完全掌握柔性直流输电成套技术与制造的企业。高级职称及以上30%高级职称硕士学历硕士学历及以上50%业务范围：柔性直流输电、特高压直流输电、柔性交流输电、直流某著名企业设备及集成。本科学历及以上100%本科学历⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2某著名企业普瑞工程C-EPRINARIGROUPCORPORATION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、结语某著名企业普瑞工程海上风电总体形势NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI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4某著名企业普瑞工程海上风电系统简介NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI电力流集控中心信息流直流远海海上整流换流站直流海缆陆上逆变换流站智能风电机组交流海缆海上升压站交流交流海缆陆上变电站无功补偿装置近海发电系统输电系统5某著名企业普瑞工程海上风电并网方式比较NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI输送方式输送方式高压交流并网技术成熟度技术成熟度成熟输电距离输电距离<50km输送容量输送容量一般<400MW环境影响环境影响较高联网要求联网要求须同步互联无功调节能力无功调节能力差，依靠补偿装置有功调节能力有功调节能力无电压控制能力电压控制能力较差风电跟踪能力风电跟踪能力无故障恢复能力故障恢复能力弱损耗损耗低投资成本投资成本较低6某著名企业普瑞工程海上风电柔直工程应用NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI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，呈下降趋势序号序号工程名称工程名称直流电压11BorWinlBorWinl±150kV22BorWin2BorWin2±300kV33SylWinlSylWinl±320kV44HelWinlHelWinl±250kV55HelWin2HelWin2±320kV66DolWinlDolWinl±320kV77DolWin2DolWin2±320kV88DolWin3DolWin3±320kV99BorWin3BorWin3±320kV1010如东海风如东海风±400kV1111DolWin5DolWin5±320kV1212DolWin6DolWin6±320kV1313SofiaSofia±320kV1414NorfolkNorfolk±400kV1515IJmuidenVerIJmuidenVer±500kV7某著名企业普瑞工程C-EPRINARIGROUPCORPORATION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N某著名企业普瑞工程柔性直流输电技术NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI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采用全控型器件IGBT直流连接，可实现非同步某著名企业互联四象限运行，有功、无功独立调节谐波含量少，无需交流滤波装置可实现自换相，适合弱某著名企业或海岛供电电压极性恒定，适合XLPE电缆&直流某著名企业构建9普瑞工程某著名企业NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI海上风电柔性直流并网系统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某著名企业普瑞工程海风柔直关键技术NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI海风系统特性分析核心装备研制定制化设计，适海性优化，技术难度高，耦合程度复杂换流阀、控保等核心装备的轻型化、紧凑化等适海性研究14仿真验证智能运维23全工况验证系统策略，扫描故障情况，提升系统运行可靠性考虑到环境特殊性，提升设备运维智能化水平，提升系统可靠性11某著名企业NARIGROUPCORPORATION普瑞工程C-EPRI关键技术-海风系统特性分析谐振抑制功能：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换流器与风机的交互作用示意可靠性分析故障树模型换流站损耗分解12某著名企业NARIGROUPCORPORATION普瑞工程C-EPRI关键技术-仿真验证技术机电-电磁混合仿真系统●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控制器硬件在环仿真系统机电侧电磁侧待测风机功率在环仿真系统·接入大某著名企业模型机电-电磁升压站、换流站数字-物理·控制器硬件在环接入混合仿真SVG混合仿真·单机振荡评估·某著名企业稳定评估海缆、陆缆抑制策略评估·集群振荡评估控制器硬件在环的机电-电磁混合仿真系统功率在环的机电-电磁混合仿真系统13某著名企业NARIGROUPCORPORATION普瑞工程C-EPRI关键技术-智能运维●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、精准检修分析设备故障状态，判断根据系统状态动态调整参数，提升无人值守运行能力充分利用设备智能监测功能，反馈设备运行和故障状态冗余模块维持时间，对系统运行状态提前预警系统运行管理设备状态集成感知故障研判1大数据整合机器人巡视备品备件管理阀厅等设备室配置机器人，可实现远程操控，定时巡视并查看故障设备外观等状态根据设备运行健康状况，自动提示备品备件补充建议14普瑞工程关键技术-核心装备研制某著名企业NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI1换流阀最核心设备，采用电力电子器件，主要用于实现交-直流转换直流输电系统的“大脑”，负责整个输电系统的调度和指挥柔直控保设备耗能装置15某著名企业普瑞工程C-EPRINARIGROUPCORPORATION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、结语某著名企业普瑞工程核心装备-海上柔直换流阀NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI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：紧凑化：单位容量占地面积降低15%高可靠性：免维护时间为4年轻型化：单位容量换流阀重量降低10%：单个子模块平均更换时间≤30minIGBT驱动单元IGBT压接单元集成化设计00功能模块可靠性设计旁路开关品牌管压接单元插拔式布局HOO000子模块控制部分提升功率密度1155直流电容器优化纹波控制提升安全性能普瑞工程换流阀(自主)子模块能量交换17某著名企业NARIGROUPCORPORATION普瑞工程C-EPRI核心装备-海上柔直控保设备控制保护设备：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DCchopper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、国际船级社标准海上控保系统总体架构示意图18某著名企业普瑞工程核心装备-海上水冷系统NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI为减少海上换流站冷却系统占地面某省市平台成本，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：多层间接耦合冷却方式，减少设备内冷污染轻型化、紧凑化设计，降低设备体积和重量耐海水腐蚀材料，提高系统使用寿命智能化高可靠性设计，满足远距离操作要求脱气罐主循环泵暖通等供热泵热系统高离子交换器膨胀罐升空调、变淡水板式海水压器等冷换流阀被换热器却系统换热器冷却部件低补水泵氮气瓶低海水循环淡水循环内冷循环紧凑化冷却系统三层冷却循环系统19某著名企业NARIGROUPCORPORATION普瑞工程C-EPRI核心装备-陆上耗能装置实现功能：交流某著名企业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普瑞工程C-EPRIDCChopper(自主)阀控系统示意图20某著名企业普瑞工程装备集成能力NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI国产联接变压器国产桥臂电抗器直流穿墙套管完成换流阀与交流系统之间的功率传递并实现隔离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21某著名企业普瑞工程C-EPRINARIGROUPCORPORATION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、结语普瑞工程某著名企业NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI海上换流平台技术研究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直接接入换流站某省市升压站配置，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%合理的绝缘配合参数设计设备定制化绝缘配合优化设计低绝缘裕度风电场海上交流变电站平台与设备防雷接地一体化优化高度紧凑化换流阀等交直流GIS应用直流电缆无油化设备输电陆地高压风电场出口电压66kV直流换流站电缆接口主设备间接口各个主设备房间布局最小化、最优化主辅系统接口合理的接口设计优化的平台布局平台接口功能最简化运输安装接口设备及平台轻量化无海上交流升压站方案轻量化海上换流平台及布局设计23某著名企业普瑞工程大型海上风电集群NARIGROUPCORPORATIONC-EPRI海上多端直流并网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陆上直流某著名企业向海上直流某著名企业发展普瑞工程高压直流断路器(自主)C-EPRI某著名企业普瑞