Published on Volume1, Issue1 ofEnergy Conversion and Economics

Cite this article：

Pan, E., Yue, B., Li, X.,et al.: ' Integration technology and practice for long-distance offshore wind power in China',Energy Conversion and Economics, 2020, 1, (1), pp. 4-19

中国远海风电并网技术与实践

潘尔生，乐波，厉璇，赵峥，祝全乐

国家能源特高压直流输电工程成套设计研发（实验）中心，

国网经济技术研究院

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研究意义

1）远海风电将成为未来风电发展的重要组成部分。海上风电场具有风速高、风力稳定等优势，并逐渐呈规模化、集群化及远海化发展特点。离岸大于100km、水深超过50m的远海风电将成为未来主流。

2）大容量风电远距离跨海输送是远海风电开发亟须解决的关键技术问题。远海风电并网技术路线和关键技术需进一步研究。柔性直流输电是目前国际上大规模远海风电并网唯一具有工程实践经验的输送方式。

图1我国远海风电场

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中国海上风电并网情况概述

1）近年来，中国海上风电产业取得瞩目成绩。政策与标准体系不断完善，并网规模持续增长，海上风电装备快速发展，海上风电成本不断降低，中国海上风电产业在装机规模、成本控制、技术进步及市场份额等方面不断升级发展。截至2019年9月底，我国海上风电累计并网容量503.54万千瓦，位居世界第三。

图2截止2019年9月各省海上风电并网容量

2）未来，中国远海风电具有广阔的发展前景。根据《中国风电发展路线图2050》报告，我国2050年远海风电装机预计将达4000万千瓦。从中长期规划看，风电场规模持续扩大，深远海域开发趋势明显；装机规模屡创新高，大型化风电机组普遍应用。目前，在建的远海风电并网工程均计划采用海上风电集中连片通过柔性直流方式送出。

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远海风电并网方案及适用性分析

1）交流汇集-交流送出。该方式可分为工频交流送出和低频交流送出。工频交流送出方案具有结构简单、成本低、工程经验丰富等特点，用于远海风电送出时需在海缆中途增设高抗补偿站，远海风电传输容量和距离有限。低频交流送出方案通过降低输电频率，提升海缆输送容量与距离，目前存在一二次装备产业链尚未形成、与工频系统交互影响有待深入研究等问题，但该技术发展前景可期。

2）交流汇集-直流送出。该方式通过交流汇集风电，并通过直流传输至电网。柔性直流送出方案（MMC-HVDC）基于全控型功率器件，具有可接入无源网络、可灵活独立控制有功和无功等特性。该方案避免了交流电缆充电功率造成的输送距离限制，同时能够有效隔离陆上故障对风机输出特性的影响，适用于远海大容量风电接入场景，是目前广泛应用的最成熟方案。

混合直流送出方案（DR-MMC）采用二极管整流器作为海上风场接入直流系统的换流器。该方案兼顾高压大容量与海上平台紧凑化轻型化两方面需求，但面临无法主动建立风场并网电压、谐波含量高等巨大技术挑战，目前尚无实际工程应用。

图3交流汇集-直流送出

3）直流汇集-直流送出。该方式和交流汇集-直流送出方式相比，省去风机内部直流到交流的转换，直接接入直流网络汇集并传输至电网。一方面，省去多余的变电环节，降低海上平台载荷；另一方面，用直流电缆取代交流电缆，解决了风场内部无功电压问题。但风机、直流电网技术研发难度较高，尚不具备工程实施条件。

表1远海风电不同并网方式对比

对比上述三类方案，交流汇集-交流送出方案适用的远海风电传输容量和传输距离有限，基于MMC-HVDC的交流汇集-直流送出方案目前发展较快、应用最广，直流汇集-直流送出方案现阶段仍存在应用瓶颈，但未来将具有更大的应用前景和市场。

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远海风电柔性直流并网关键技术分析

1）成套设计技术。成套设计是直流工程最核心的顶层设计，贯穿于直流工程的设计、采购、设备制造、试验、施工、调试、验收、运行和技术支持全过程，需要综合考虑工程设计、建设、运行和维护等各方面需求。含多电力电子系统的协调运行技术需研究构建分级协调控制体系，采取适当策略，解决系统谐振、直流功率盈余以及无功协调等问题。控制保护技术需实现直流控制与各系统有机协调配合，构建快速精准保护体系，保障系统及设备安全稳定运行。过电压与绝缘配合技术需解决大规模远海风电通过高压大容量直流系统并网带来的诸多挑战，并综合考虑可靠性和经济性。现场试验技术则需克服海上换流站、海工基地试验条件受限，远海风电场、柔性直流系统、交流电网耦合复杂等困难，保证调试效率和质量。

文章来源：《环境技术》 网址: http://www.hjjszz.cn/zonghexinwen/2021/0508/1564.html

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