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

海上风电作为可再生能源的重要组成部分，其大规模并网送出技术是实现清洁能源高效利用的关键。本文围绕±500kV/2000MW海上风电柔性直流送出技术及超大规模海上风电海陆一体直流输电技术展开，重点分析了技术方案、核心装备及经济性等内容。

主要观点

• 海上风电资源丰富：中国海上风电储量丰富，分布广泛，且距离用电负荷近，便于消纳。广东省规划海上风电超过1亿千瓦，成为重点发展区域。
• 柔性直流送出技术：±500kV/2000MW柔性直流送出技术成为未来海上风电并网的主流方案，具有高可靠性、低成本和轻型化优势。
• 海陆一体直流输电技术：该技术方案通过统筹海陆廊道与登陆点，减少陆上换流站建设，提高土地资源利用效率，同时保障电网安全稳定运行。
• 核心装备：包括直流耗能装置、直流GIS和高压直流海缆，这些装备在提升系统稳定性、降低工程成本方面发挥重要作用。
• 经济性：海陆一体直流输电方案相比传统模式具有显著的经济优势，投资成本更低，有助于推动海上风电平价上网。

关键信息

1. 海上风电发展现状

• ±500kV/2000MW柔性直流送出技术：青洲五/七工程为全球首个2GW海上风电直流送出工程，采用对称单极拓扑方案，具备高可靠性。
• 超大规模海上风电海陆一体直流输电技术：该技术方案旨在统筹电源与电网建设，减少陆上换流站数量，提高输电效率。
• 海上风电送出方式：目前主要采用交流送出和柔性直流送出，1GW交直流等价距离约90km，2GW级汇集送出逐渐成为主流。

2. 2000MW海风柔直送出系统

• 基本拓扑：包括双极和对称单极两种接线方案，双极系统尺寸和造价高，但故障影响小；对称单极系统更为紧凑和经济。
• 66kV汇集方案：取消海上升压站，采用66kV汇集方案，有效降低投资成本和工程难度。
• 轻型化主回路设计：通过注入三次谐波、采用柔直变阀侧中性点电阻+电抗接地方式，提高系统稳定性与可靠性。
• 过电压与绝缘配合：优化避雷器配置和绝缘水平，降低设备应力，提升系统安全性。
• 控制技术：提出适用于大容量海上风电的控保方案，包括阀侧电压控制、谐振抑制及惯量支撑与一次调频方案。
• 直流耗能装置：采用柔性斩波式方案，具备高可靠、低成本优势，能够有效解决岸上交流系统故障下的海上风电场故障穿越问题。
• 直流GIS：作为未来海上风电平台和陆上换流站的重要电气设备，具备模块化、紧凑、高效等优势，有助于降低空间和重量需求。
• 高压直流海缆：交联聚乙烯绝缘直流电缆具有大容量、轻重量、安装维护方便等优点，国内已具备500kV生产能力。

3. 海上风电开发问题与解决方案

• 问题1：国土资源利用效率低：多个陆上换流站建设导致土地资源占用大，需整合优化。
• 问题2：送出工程缺乏统筹：局部优化造成海缆数量多、路由占用大，影响整体经济效益。
• 问题3：影响电网安全稳定运行：大规模海风交流并网导致短路电流超标，威胁电网安全。
• 解决方案：提出超大规模海陆一体直流输电技术方案，实现资源节约、运行安全和经济高效。

4. 海陆一体直流输电技术方案

• 基本拓扑：每2000MW建设一个海上换流站，通过直流海缆接入终端转换站，再统一接入陆上汇集站，最终直送负荷中心。
• 技术优势：
  • 陆上土地资源占用少，有助于电网安全稳定运行。
  • 直流架空线输送能力高，走廊占用减少70%。
  • 受端柔直换流站有效提升负荷中心电网电压稳定性，不增加短路电流。
• 经济优势：
  • 负荷中心单个换流站容量可达3000MW~5000MW，显著降低陆上换流站成本。
  • 直流架空线成本低于直流陆缆和交流架空线。

5. 运行控制技术

• 稳态控制：
  • 提出两种多送多受端协调控制模式，分别为定直流电压与定直流功率控制，以及改进定直流电压/无功功率控制。
• 直流故障穿越：
  • 提出三种技术方案，包括半桥MMC拓扑+直流断路器，全半桥混合MMC拓扑+直流断路器和高速开关，以及全半桥混合MMC拓扑+风机耗能装置。
  • 第三类方案成本最低，但需攻关快速调用风机耗能装置和新型柔性直流换流阀技术。

总结

海上风电大规模并网送出新技术是实现可再生能源高效利用的关键。随着技术的发展，±500kV/2000MW柔性直流送出和超大规模海陆一体直流输电技术成为主流，具备高可靠性、低成本和轻型化优势。通过统筹海陆资源，减少陆上换流站建设，提高输电效率，有助于实现海上风电的高效消纳和电网安全稳定运行。未来需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，推动海上风电并网送出技术的广泛应用。