【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

核心内容概述

中远距离海上风电输电技术是当前新能源领域的重要研究方向，旨在解决海上风电场远距离输电过程中存在的技术难题，如过电压、载流量限制、系统稳定性等。华东勘测设计研究院有限公司（HDEC）在该领域具有丰富的研究和工程经验，承担了多个国家级重点项目的研发与实施，推动了海上风电输电技术的创新发展。

主要观点与关键信息

1. 公司背景与技术积累

• 公司简介：HDEC成立于1954年，员工约9000人，业务涵盖水电、新能源、城乡建设、生态环境等领域。
• 工程成就：
  • 设计建成及在建水电站总装机容量达51GW，包括世界第二大水电站——白鹤滩水电站（16GW）。
  • 设计建成海上风电17.5GW，占全国并网容量的60%。
  • 拥有多个科技创新平台，如“浙江省深远海风电技术研究重点实验室”、“院士专家工作站”等。
• 技术突破：
  • 已完成全球第一根无过渡段单桩基础、大直径嵌岩单桩、复合筒型基础及机组一体化运输安装项目。
  • 实现了世界最高电压（±400kV）的海上/陆上柔直换流平台及首根高压直流海底电缆。

2. 工频交流输电技术

2.1 电力系统设计

• 稳态分析：
  • 进行潮流计算和无功配置计算，以优化输电系统的运行效率。
• 动态及暂态分析：
  • 研究短路电流、过电压及电能质量评估。
  • 针对远距离输电，提出了基于PSS/E的建模与运行特性分析方法。

2.2 无功补偿优化配置技术

• 通过综合考虑经济性和安全性，实现了国内最远220kV双端补偿输电距离达96.5km。
• 建立了无功配置方案示意图，明确了在不同位置的视在功率分布。

2.3 长距离海缆过电压评估技术

• 针对跟网型风电机组，开展电磁暂态特性研究，包括暂时过电压、操作过电压和雷电侵入波分析。
• 采用改进控制策略，可将故障过电压控制在1.15倍额定值以内，无需增加设备成本。

3. 柔性直流输电技术

3.1 柔直输电系统设计

• 包括换流站、海缆等关键设备的设计研究。
• 提出远海风电场柔性直流输变电系统方案，如对称单极和双极直流输电系统。

3.2 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，有效降低送端电网过电压水平。
• 采用风场-柔直协调故障穿越策略，通过卸荷装置和电网故障映射策略解决盈余功率问题。

3.3 谐振分析与抑制技术

• 建立振荡风险评估模型，分析风速、风机数量及控制器参数对系统稳定性的影响。
• 在变流控制环节加入频变增益控制等附加措施，有效抑制系统振荡。

3.4 紧凑布置技术

• 采用多物理场仿真技术，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。
• 提高设备布置效率和系统紧凑性。

3.5 平台-设备一体化结构分析

• 实现全工况下的定量优化分析，支持复杂静、动力约束下的系统设计。
• 提升系统整体性能与可靠性。

3.6 直流海底电缆系统研究

• 基于多场耦合和周期负荷分析，开展海缆载流量动态评估。
• 考虑多环境因素和运行工况，进行海缆敷设与运行风险评估。
• 结合运维监测数据，实现动态评估与优化。

4. 未来中远海输电方案

4.1 经济比选分析

• 综合风电场成本，刻画全生命周期成本随关键参数的变化曲线。
• 结合风电场规模，确定不同应用场景下的最优输电方案。

4.2 送端换流站纯二极管输电方案

• 优势：
  • 降低海上送端换流站的重量和成本。
• 挑战与解决方案：
  • 挑战1：二极管整流器无法反向供电，风场缺乏启动电源
    解决方案：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。

5. 技术发展方向

• 工频交流输电技术仍具竞争力，可通过提升功率密度和经济性进一步优化。
• 柔性直流输电技术在中远海输电中具有明显优势，是未来发展的重点方向。
• 中远海输电涉及的技术难点具有代表性，建议开展示范工程以推动技术落地。

结论

中远距离海上风电输电技术是实现大规模海上风电并网的关键，HDEC在该领域积累了大量实践经验和技术成果，推动了多个国内外示范项目。通过工频交流与柔性直流输电技术的结合，以及多物理场仿真、无功补偿优化、过电压抑制等关键技术的突破，为未来海上风电的大规模开发提供了坚实的技术支撑。