2023-06-23-华东勘测设计研究院-远距离海上风电输电技术_21页_1mb

中远距离海上风电输电技术总结

核心内容

华东勘测设计研究院有限公司（HDEC）作为国内最早开展风电勘察设计的企业之一，长期致力于海上风电输电技术的研究与应用。公司自上世纪70年代起开展海洋能研究，90年代初开始风电工程设计，并于2005年正式进入海上风电领域，目前在海上风电领域积累了丰富的经验和技术成果。

主要观点

• 技术积累深厚：HDEC在海上风电领域拥有广泛的工程实践经验，已设计建成海上风电17.5GW，占全国并网容量的60%。
• 创新技术丰富：公司在海上风电输电技术方面取得了多项突破，包括全球第一根无过渡段单桩基础、亚洲第一座海上升压站、世界首座±400kV海上/陆上柔直换流平台和首根高压直流海底电缆等。
• 技术方向明确：公司聚焦于工频交流输电、柔性直流输电以及未来中远海输电方案，探索提升经济性、稳定性和输送距离的技术路径。
• 多物理场仿真技术：采用多物理场仿真方法，对海上风电场设备进行协同布置与优化，提升系统可靠性与运行效率。
• 控制与保护策略优化：通过改进控制策略，有效抑制过电压现象，提升海上风电系统的安全稳定性。
• 未来方案研究：针对中远海输电场景，研究经济比选方法和送端换流站纯二极管输电方案，以适应未来海上风电大规模发展需求。

关键信息

01 海上风电工频交流输电技术

• 电力系统设计：包括潮流计算、无功配置分析、短路电流计算、过电压分析、电能质量评估等。
• 无功补偿优化配置：基于PSS/E模型进行海上风电高压交流输电系统的建模与运行特性分析，提出综合考虑经济性和安全稳定性的无功优化配置方案。
• 长距离海缆过电压评估：研究风电机组控制保护策略对远距离海上风电场交流输电系统电磁暂态特性的影响，提出改进控制策略以降低故障过电压水平。
• 海缆载流量评估：采用等效热阻法和多物理场有限元法，评估复杂环境下交流海缆的持续运行允许载流量，识别瓶颈段关键参数。

02 海上风电柔性直流输电技术

• 柔性直流输电系统研究：涵盖远海风电场柔性直流输电系统、换流站、海缆的设计研究。
• 协调过电压抑制策略：提出MMC及风机换流器的协调过电压抑制策略，有效抑制送端电网过电压水平，且无需增加设备成本。
• 风场-柔直协调故障穿越策略：通过风机卸荷装置和电网故障映射策略，解决风场-柔直系统盈余功率问题。
• 多物理场仿真与紧凑布置技术：实现电气主设备与结构在电磁场、传热场下的协同布置与优化，提升系统紧凑性与可靠性。
• 直流海底电缆系统设计：基于多场耦合和周期负荷的载流量动态评估，开展海缆敷设与运行风险评估，支持运维期间的动态监测与评估。

03 未来的中远海输电方案

• 经济比选：综合考虑风电场成本，刻画全生命周期成本随关键参数的变化曲线，确定不同应用场景下的最优输电方案。
• 送端换流站纯二极管输电方案：研究海上送端换流站纯二极管输电方案，旨在降低换流站重量与成本。
• 技术挑战与解决方案：
  • 挑战1：二极管整流器无法反向供电，导致风场缺乏启动电源。
    • 解决方案：在风电场内部配置储能单元。
  • 挑战2：二极管整流器无法为风场提供电压-频率支撑。
    • 解决方案：通过风电机组网侧换流器加入V/F控制环节，实现对送端电网的主动支撑。
• 未来展望：海上风电工频交流输电技术仍具有竞争力，未来可通过提升换流站功率密度、优化设计等手段进一步提高经济效益和适用性。建议开展相关示范工程建设，以推动新型电力系统技术发展。

技术成果

• 已设计建成海上风电17.5GW，占全国并网容量的60%。
• 完成各类风机基础3900余座，海上升压站56座，海上换流站1座。
• 拥有多个科技创新平台，包括“浙江省深远海风电技术研究重点实验室”、“浙江省海上风电大数据平台”、“华东海上风电省级高新技术企业研究开发中心”、“院士专家工作站”、“博士后工作站”等。
• 取得多项技术突破，如全球第一根无过渡段单桩基础、亚洲第一座海上升压站、世界首座±400kV海上/陆上柔直换流平台等。

总结

HDEC在海上风电输电技术领域具有领先优势，其技术成果涵盖从基础设计到系统优化、从设备研发到控制保护策略等多个方面。通过不断优化和创新，公司在提升输电效率、经济性与系统稳定性方面取得了显著进展。未来，公司将继续探索中远海输电方案，推动海上风电技术向更远距离、更高功率密度和更经济的方向发展。