中远距离海上风电送出技术研究与应用-中电普瑞_27页_13mb

中远距离海上风电送出技术研究与应用总结

核心内容概述

本报告系统分析了中远海风电送出技术的发展现状、主要技术路径及其应用，重点探讨了柔性直流输电（VSC-HVDC）、低频输电（LFAC）和混合换流器技术，并展望了其在新能源接入与电力系统建设中的未来应用。

主要观点与关键信息

一、中远海风电开发潜力与趋势

• 我国海上风电开发潜力接近3000GW，其中超过2000GW位于远海区域。
• 未来海上风电开发将重点布局深远海，预计“十五五”期间年均新增装机规模将达30-40GW。
• 全国将布局41个海上风电集群，累计容量约290GW。

二、远海风电柔直技术及应用

• 技术特点：柔性直流输电（VSC-HVDC）是目前远海风电大容量送出的最成熟技术，具备高可靠性、灵活调控、快速故障响应等优势。
• 工程案例：
  • 英国Hornsea Project One：离岸120km，220kV/1218MW。
  • 江苏如东：±400kV/1100MW，2021年投运。
  • 阳江青州：±500kV/2000MW，正在建设。
• 系统设计：
  • 包括海上换流站、海底电缆、陆缆、陆上换流站等部分。
  • 采用GIS设备、紧凑化换流阀结构、就地I/O层设计等手段实现系统轻量化。
• 控制保护系统：
  • 采用双冗余控制、三取二保护机制，控制链路延时≤50μs，保护链路延时≤125μs。
  • 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，提升系统稳定性与安全性。
  • 控制保护设备通过三防漆处理、防盐雾处理、工业或军品级元器件，满足海上恶劣环境要求。

三、中远海低频输电技术及应用

• 技术原理：柔性低频输电技术通过电力电子变频技术将50Hz工频交流降低为低频交流（如20Hz），兼具直流与交流输电的优势。
• 工程案例：
  • 杭州220kV柔性低频输电工程：2023年6月30日投运，容量330MVA/300MW，采用M3C拓扑结构。
  • 项目作用：缓解富阳供电压力，为亚运会主场馆提供灵活电能支撑。
• 系统设计：
  • 采用空气绝缘、水冷、室内自立式结构。
  • 实现快速检测与响应、旁路技术，确保换频阀在任一子模块故障时不跳闸。
  • 子模块集成化设计，提高生产效率与安装质量，实现现场独立拆装与更换。

四、海风混合换流器技术

• 技术构成：混合换流器由二极管整流器与辅助换流器（如小容量MMC）并联构成。
• 功能优势：
  • 二极管整流器负责有功功率传输。
  • 辅助换流器实现同步电压提供、功率倒送、无功补偿与谐波抑制。
  • 与柔直相比，混合换流器可减少53%子模块数量，降低成本40%，体积减小45%，重量减轻33%。
• 控制策略：
  • 采用能量平衡控制与v/f控制，实现多工况运行。
  • 启动阶段实现功率倒送，无需额外供能设备。
  • 通过硬件在环仿真平台验证控制保护算法有效性。
  • 50kW/1kV动模试验系统验证功能完整性。

五、技术应用拓展与未来展望

• 应用场景拓展：
  • 从单一送出扩展至汇集与送出一体化。
  • 适用于风电、光伏、传统水电/火电等多种能源接入。
  • 可用于孤岛、弱电网等复杂电网环境。
• 容量提升：
  • 从2GW/±500kV向8GW/±800kV发展。
• 技术融合：
  • 与多类型储能技术结合，提升电网弹性与稳定性。
  • 包括电化学储能（如锂离子电池、超级电容）、重力储能等。
• 储能技术特点：
  • 电化学储能：
    • 应用广泛，发展潜力大。
    • 锂离子电池能量密度高，适用于短时高功率需求。
    • 超级电容功率密度高，适用于快速响应场景。
  • 重力储能：
    • 纯物理储能，安全性高，适用于内陆地区。
    • 垂直式重力储能已进入商业推广阶段。
    • 斜坡式重力储能处于示范设计阶段，未来有望实现GW级容量与80%效率。

总结与展望

• 柔性直流输电是目前远海风电送出的主流技术，具备高可靠性与灵活性。
• 低频输电技术在中远海场景中具有成本与性能优势，未来可进一步推广。
• 混合换流器技术通过降低子模块数量与成本，提升系统经济性与性能。
• 三类输电技术均可应用于西部内陆“沙戈荒”新能源基地，配合储能技术，对构建新型电力系统具有重要意义。

未来，随着技术标准的完善与工程经验的积累，海上风电送出技术将向更远距离、更大容量、更低成本、更高智能化方向发展。