【南方电网科学研究院】2024海上风电大规模并网送出新技术报告_39页_16mb

海上风电大规模并网送出新技术总结

核心内容概述

本文件由南方电网科学研究院发布，介绍了海上风电大规模并网送出的新技术，重点围绕**±500kV / 2000MW柔性直流送出技术和超大规模海上风电海陆一体直流输电技术**。旨在解决当前海上风电发展中的资源利用效率低、经济性不足及电网安全稳定运行等问题，推动海上风电的高效、安全、经济并网。

主要观点

1. 海上风电发展现状

• 中国海上风电资源丰富，分布广泛，未来广东全省规划海上风电将超过1亿千瓦。
• 南方电网区域海上风电发展迅速，已建成多个示范项目，包括阳江青洲一、二海上风电场和青洲五/七工程。
• 青洲五/七工程是全球首个2GW海上风电直流送出工程，采用±500kV/2000MW柔性直流送出技术。
• 国内外2GW海上风电送出工程价格对比显示，青洲五/七工程造价约为70亿元，LanWin工程约为146亿元，凸显国内价格优势。

2. 海上风电并网送出技术发展趋势

• 高压大容量是海上风电并网送出的发展趋势，国内外部分工程已采用±525kV/2000MW技术。
• 66kV汇集方案有助于降低投资成本和工程难度，减少海缆数量和海洋空间占用。
• 2GW级汇集送出逐渐成为主流，欧洲未来以2GW为主。

3. 柔性直流送出系统设计与控制技术

• 双极与对称单极拓扑：双极系统造价高但故障损失小，目前欧洲采用较多；对称单极系统成本较低，适合国内工程。
• 66kV汇集方案：采用三台变压器并联、六分段母线设计，有效解决高电流问题，同时采用柔性直流反向电流主动限制。
• 过电压与绝缘配合：通过避雷器配置和参数优化，降低过电压水平，提高绝缘性能。
• 直流耗能装置：采用柔性斩波式设计，具备高可靠性、低成本优势，支持无并联旁路元件，减少开关器件用量。
• 直流GIS：模块化安装，紧凑高效可靠，有助于减少陆上换流站占地面积，是国内首台±550kV直流GIS样机研发成果。
• 高压直流海缆：交联聚乙烯绝缘材料性能优异，国内已具备500kV直流海缆生产能力，但关键原材料仍需进口。

4. 海陆一体直流输电技术

• 技术方案设想：统筹电源与电网建设，实现海陆一体协同输电规划，减少陆上换流站数量，节省土地资源。
• 技术优势：
  • 陆上土地资源占用少，输电走廊占用小，提高国土空间利用效率。
  • ±500kV直流架空线输送能力达10GW/通道，显著低于交流架空线。
• 经济优势：
  • 相比传统方案，海陆一体方案综合成本更低，例如方案4总投资为325.5亿元，低于方案3的347.5亿元。
  • 陆上换流站容量可提升至3000MW~5000MW，降低单位成本。

5. 运行控制技术

• 稳态控制模式：
  • 模式1：陆上一端定直流电压，另一端定直流功率，实现多送多受端协调控制。
  • 模式2：陆上两端共用直流电压外环控制模块，实现功率比例自动调节与精准分配。
• 直流故障穿越：
  • 提出三种技术方案，分别采用不同配置的直流断路器、高速开关及直流耗能装置。
  • 方案3：无需直流断路器和直流耗能装置，成本最低，但需快速调用风机耗能装置及研发新型柔性直流换流阀。

关键信息

• 青洲五/七工程：全球首个2GW海上风电直流送出工程，采用对称单极拓扑和66kV汇集方案。
• ±500kV/2000MW柔直送出系统：具备高可靠性、低成本优势，是未来海上风电送出主流方案。
• 海陆一体直流输电技术：通过统筹海陆廊道及登陆点，减少陆上换流站数量，提高输送效率与经济性。
• 直流GIS与高压直流海缆：作为关键设备，推动海上风电送出系统紧凑化与国产化。
• 多送多受协调控制：通过优化控制策略，实现海上风电与陆上电网的高效协同，提升系统稳定性。

技术应用与展望

• 工程应用：青洲五/七工程已采用对称单极柔直送出系统和直流GIS技术。
• 技术攻关方向：重点突破直流故障穿越、多送多受协调控制保护等关键技术。
• 未来发展方向：推动海上风电与陆上电网的海陆一体协同输电，探索整体最优解决方案，助力新型电力系统建设。

结论

海上风电大规模并网送出技术正朝着高压大容量、海陆一体、经济高效的方向发展。通过采用柔性直流送出、优化汇集方案、创新控制策略及关键设备研发，可有效解决当前海上风电开发中存在的资源浪费、经济性不足及电网安全问题，为实现大规模海上风电消纳提供坚实的技术支撑。