| 成果名称: | 分布式海上风电场柔性直流输电站关键设备的研制 |
| 完成单位: | 广东明阳龙源电力电子有限公司,阳江海上风电实验室,广东安朴电力技术有限公司,华南理工大学,广东明阳新能源科技有限公司,南方电网电力科技股份有限公司,中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 |
| 主要人员: | 彭国平,朱嵘华,孙文艺,史奔,王红占,卢章辉,张勇军,韩冰,盛超,周敏,王昌占,张浩,周治国,袁小波,刘会民 等102人 |
| 介绍: | 1.海上风力发电具有清洁环保、资源稳定性强、年利用小时数高等特点，大规模分布式海上风力发电已成为国家能源战略发展的重要方向。我国海上风电项目将逐渐向深海、远海方向发展，但场址离岸越远的海上风力发电需要的技术条件越高，投资成本也越大。传统的交流方案已不能满足深远海大规模海上风电的送出需求，而现有柔性直流输电技术方案存在建设成本过高、海上平台规模大、后期维护成本高等严峻问题。海上风电分散式串联多端直流输电方案大幅降低了系统成本和运行损耗，可以极大适应深远海风电的发展需求。但海上风电分散式串联多端直流输电系统存在多环节耦合的能量汇集和转换过程，在集成优化配置、柔性直流并网控制保护、以及核心设备研制和实验验证等方面仍存在诸多关键问题亟待突破。因此，立足于大规模分布式海上风电并网技术的发展方向，开展海上风电分散式串联多端直流输电系统主拓扑结构、优化配置方案、稳定控制与保护技术的研究，以及关键装备的样机研制和实验验证，构建海上风电分散式串联多端直流输电系统运行关键技术体系架构，可以为海上风电的规模化发展与推广提供全套分析方案，对促进我国海洋资源利用产业链的构建和长远稳定发展具有重要的理论与现实意义。 2. 本项目针对±10kV/10MW样机提出分散式串联多端直流输电系统主拓扑结构方案，具体包括海上二极管级联拓扑及岸上换流站的子模块级联拓扑；提出基于海上风电分散式串联多端直流输电系统主拓扑结构的优化配置方案；提出海上风电分散式串联多端直流输电系统控制与保护策略，以及海上风电场的电压和频率控制策略；研发具有自主知识产权的直流送出系统核心换流阀装备样机，满足以下指标要求：风电场直流输电试验样机系统：≥±10kV/10MW。海上换流阀损耗：≤0.3%，海上平台换流直流电压不均压度：≤10%，岸上混联度(全桥子模块占比)：≤25%，岸上MMC 平均开关频率：≤180Hz，直流电压运行范围：67%-100%，海上平台换流阀造价、运行损耗等相对普通直流（两端MMC）送出系统降低20%以上；模拟海上运行环境，搭建分散式串联多端直流输电实验系统，包括级联二极管阀组、MMC换流器、风电机组、辅助供电电源及交流滤波器等辅助设备。拟进行子系统功能运行试验、系统启停试验、系统稳态运行试验等功能验证测试。 3.通过本项目的研究，突破并掌握了基于不控整流的风电送出混合直流输电系统关键技术，提出了基于不控整流的风电送出混合直流输电系统主拓扑结构方案、全套控制保护策略、无功及谐波补偿技术和仿真建模方法，攻克了系统研究及成套设计关键技术。主要技术创新点：提出了基于不控整流的风电送出混合直流输电系统主拓扑结构方案，以解决中、远海海上风电柔性直流输电系统海上换流平台尺寸重量大、造价高及运维成本过高的难题，推动中、远海上风电的低成本、低损耗、高可靠性电能输送的发展。提出了包含海上风电场及直流输电系统的仿真建模方法，搭建了基于不控整流的风电送出混合直流输电系统的RTDS半实物实时仿真平台，为风电场经由该混合直流输电系统接入岸上电网提供了设计和分析手段。针对基于不控整流的风电送出混合直流输电系统需求，提出了构网型风电场控制与保护技术、风电场及直流输电系统协调控制、风电场启动控制、混合直流输电系统故障穿越控制技术等控制保护策略，研发出适用于基于不控整流的风电送出混合直流输电系统的控制保护系统，实现了海上风电场和直流输电系统的快速协同控制。首次创新应用风机自身的无功输出能力，作为基于不控整流的风电送出混合直流输电系统的主要无功补偿手段，同时应用无源滤波器实现谐波抑制并保障无功补偿能力。 4.研发的海上风电分散式串联多端直流送出系统核心换流阀装备样机技术就续度为7级，具体功能为把风电机组发出的交流电通过二极管整流变成直流进行输送，在交流电网侧用MMC换流阀把直流变成交流，接入交流电网，可以大幅降低海上风电电量输送成本。搭建分散式中压样机指标测试平台，具备对分散式中压样机性能指标、系统主拓扑结构、系统控制与保护技术等进行测试的功能。 5.本项目技术已经在新疆达坂城华冉风电场成功投运，并完成各项工况的试验验证。通过实施该项目，公司研制的基于不控整流的风电送出混合直流输电将可能应用于广东及全国路由距离超过65km的海上风电工程。目前，公司已经完成了直流送出系统核心换流阀装备样机的认证测试，取得了第三方试验检测报告，并在新疆达坂城华冉风电场完成了实际工程应用，但依然存在不足：目前仅就三台风机的构网策略进行了实际风场验证，对大规模风机群的构网控制策略验证不足；目前已在达坂城示范工程中应用，但对于高压大容量的应用场合，还需进一步完善相关研究。努力方向：后续将继续验证构网策略在大规模风机群的适用性；深化高压大容量应用场合的系统研究，为推动海上风电高压大容量工程应用奠定基础。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2026-07-03 |
| 研究起止时间: | 2021-07-01至2025-03-31 |
| 所属行业: | 制造业 |
| 所属高新技术类别: | 先进制造 |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2025-04-08 |
