海上風電柔性直流并網技術及裝備2024年07月目錄 一、海上風電發展現狀二、海風柔直并網關鍵技術三、適海性柔直核心裝備四、海上風電發展趨勢五、結語海上風電總體形勢4政策：沿海各省“十四五”期間將大力發展海上風電等新能源廣西：培育海上風電產業。規模化、集約化、可持續開發海上風電資源。海風產業日趨成熟我國海上風電累計裝機容量走勢（GW）世界范圍：近年增長率將近20％，亞洲特別是中國將成為主要增長極中國發展：連續兩年保持3GW增長（世界第一），總裝機規模已躍居全球第三開發基礎：國內開發潛力約7億千瓦，沿海地區電力需求巨大，相關產業鏈日趨完善發電系統集控中心信息流電力流直流遠海交流近海輸電系統5海上風電系統簡介6海上風電并網方式比較輸送方式高壓交流并網柔性直流并網技術成熟度成熟成熟輸電距離<50km≥50km輸送容量一般＜400MW500-3000MW環境影響較高較低聯網要求須同步互聯可異步聯網，自換相；適合與弱系統和無源系統聯網無功調節能力差，依靠補償裝置獨立無功調節有功調節能力無好電壓控制能力較差動態控制風電跟蹤能力無MPPT故障恢復能力弱強損耗低較低投資成本較低較高，但呈下降趨勢海上風電柔直工程應用7?

工程向大容量及近海岸發展已投運/在建/在規劃工程及地域分布：15+條，歐洲占90％以上，國內處于起步階段電壓等級及容量：±150kV~±500kVDC，最大容量2000MW，呈上升趨勢離岸距離：最近離岸45km，呈下降趨勢目錄 一、海上風電發展現狀二、海風柔直并網關鍵技術三、適海性柔直核心裝備四、海上風電發展趨勢五、結語柔性直流輸電技術9?

柔性直流輸電是繼交流輸電、常規直流輸電后的一種新型直流輸電方式，是目前世界上可控性最高、適應性最好的輸電技術，為新能源并網提供了一種有效的技術手段海上風電柔性直流并網系統10?

海上風電柔直并網系統一般包括海上換流站、海底電纜、

陸纜、陸上換流站幾個主要部分海上風電場海底直流電纜陸上交流電網陸上直流電纜海上換流站陸上交流變電站陸上換流站海上風電柔直并網系統海上匯集升壓站海底交流電纜海風柔直關鍵技術11關鍵技術-海風系統特性分析換流器與風機的交互作用示意12換流站損耗分解諧振抑制功能：設計有源阻尼策略，解決海上換流器和風電機交互產生的諧振問題可靠性及冗余：開展可靠性分析，采取合理的冗余設計和備品備件配置損耗精細計算：評估換流站整體損耗，保證系統整體性能及經濟性可靠性分析故障樹模型關鍵技術-仿真驗證技術13根據海上風電并網特性，建立數字-模擬混合仿真平臺/物理模擬平臺，實現萬節點級全功能驗證建立海上風電振蕩風險等特性的全方位評估系統關鍵技術-智能運維14?

考慮到海上平臺設備遠離海岸、風浪侵擾大、檢修窗口短等特殊情況，需遠程管控海上平臺設備的運行和狀態跟蹤，

并實施快速、精準檢修關鍵技術-核心裝備研制151

換流閥最核心設備，采用電力電子器件，主要用于實現交-直流轉換水冷系統

3換流閥、聯接變壓器等設備的散熱裝置，保障系統安全運行國際一流直流裝備制造商直流輸電系統的“大腦”，負責整個輸電系統的調度和指揮2 柔直控保設備消耗交流電網短時故障時風機產生的盈余功率，提高系統故障穿越能力耗能裝置 4目錄 一、海上風電發展現狀二、海風柔直并網關鍵技術三、適海性柔直核心裝備四、海上風電發展趨勢五、結語核心裝備-海上柔直換流閥17?

針對海上風電運行特性，優化后的換流閥在以下方面實現創新設計：換流閥（自主知識產權）高可靠性：免維護時間為4年易檢修：單個子模塊平均更換時間≤30min緊湊化：單位容量占地面積降低15％輕型化：單位容量換流閥重量降低10％核心裝備-海上柔直控保設備CPS5000控制保護設備（自主知識產權）海上控保系統總體架構示意圖技術特點：高性能人機界面有/無人值守兼容設計高可靠性和高可用率冗余高海洋環境耐受性滿足IEC、CE、國際船級社標準18控制保護設備：適用于海上特殊環境的分布式、可視化、緊湊化的柔直控制保護設備控制策略：配置DC

chopper協調控制

、無源黑啟動順序控制、緊急功率控制等策略保護配置：考慮與風電場及海上平臺火災探測系統的保護配合等特殊保護功能核心裝備-海上水冷系統緊湊化冷卻系統19輕型化、緊湊化設計，降低設備體積和重量智能化高可靠性設計，滿足遠距離操作要求多層間接耦合冷卻方式，減少設備內冷污染耐海水腐蝕材料，提高系統使用壽命換流閥被冷卻部件主循環泵淡水板式換熱器低溫淡水高溫淡水氮氣瓶離子交換器膨脹罐補水泵脫氣罐海水換熱器

低溫海水升溫海水熱泵空調、變壓器等冷卻系統暖通等供熱系統海水循環淡水循環內冷循環三層冷卻循環系統?

為減少海上換流站冷卻系統占地面積，節省平臺成本，基于風冷技術的傳統冷卻方式逐漸由海水冷卻替代。具體優化內容有：核心裝備-陸上耗能裝置20技術特點：采用落地式支撐閥結構瞬時能量吸收能力強散熱性能好，兼容室內/外安裝要求具備自清除和快速恢復能力DC

Chopper（自主知識產權）VM-A閥基控制設備系統（VBC）A系統B系統VM-B閥控系統示意圖實現功能：交流電網短時故障時吸收風機盈余功率技術路線：利用IGBT可關斷器件靈活性，通過集中布置的高功率電阻耗能安裝位置：一般配置在陸上換流站直流母線側，降低投資成本21裝備集成能力直流穿墻套管國產聯接變壓器完成換流閥與交流系統之間的功率傳遞并實現隔離國產橋臂電抗器濾除換流器產生的高次諧波，限制直流側短路電流閥廳內外唯一的電氣貫通設備，單體承載著全系統的電壓和電流目錄 一、海上風電發展現狀二、海風柔直并網關鍵技術三、適海性柔直核心裝備四、海上風電發展趨勢五、結語23海上換流平臺技術研究無海上交流升壓站方案輕量化海上換流平臺及布局設計?

海上平臺集成及輕量化提高風機出口電壓：將35kV電壓提升至66kV直接接入換流站，可節省升壓站配置，降低成本緊湊化、輕量化平臺：1000MW平臺重量可降低到萬噸以下，同比下降超過50％大型海上風電集群廣域跨度的海上風電場群間多端互聯，可以平滑風功率的波動適用于大型海上風電基地，提高風電并網的可用率和可靠性海上多端直流并網陸上直流電網向海上直流電網發展高壓直流斷路器（自主知識產2權4）關鍵設備25多能互補電力系統海上風電+高性能儲能系統交流側短時間故障時吸收風機盈余功率，提升新能源電力系統的穩定性可實現調峰、調頻等功能，降低電網潮流變化幅度、提高電網穩定性高性能儲能電站LT隔離型全橋DC/DC級聯式DC/ACUp0

Up1U11+-LTUp0

Up1U21+-LTUp0

Up1Un1+-S1S2S3S4S1S2S3S4S1S2S3S4S5S6S7S8S5S6S7S8S5S6S7S8S9

S11S10

S12S9S11S10

S12S9S11S10

S12ABCNC相B相A相C1C1C1U12

C2U22

C2Un2

C2iLiLiL磷酸鐵鋰電池組N鏈式高壓儲能變流器（自主知識產權）關 磷酸鐵鋰電池組1鍵設 磷酸鐵鋰電池組2備高性能儲能電池馬薩諸塞州Bay

state

wind項目26多種能源混合接入海上風電+海上太陽能與地面型太陽能相比，預估海上浮動式太陽能的發電量高出15%依靠柔性直流系統的優異性能，將極大提高新能源接入比例漂浮式太陽能電池板，同時收集波浪能大容量海上風電機組多能協調柔直并網系統目錄 一、海上風電發展現狀二、海風柔直并網關鍵技術三、適海性柔直核心裝備四、海上風電發展趨勢五、結語結語我國柔性直流輸電領域已具備完全自主知識產權，已在多個工程中得到檢驗，電壓、容量等核心參數已躍居世界前列大規模海上風電采用