中國電力科學(xué)研究院

直流技術(shù)

研究所

總工“海上風(fēng)電柔性直流輸電技術(shù)

”主題調(diào)研報(bào)告劉

棟目錄01.

調(diào)研背景03.

海風(fēng)柔直技術(shù)與裝備未來發(fā)展趨勢(shì)02.

海風(fēng)柔直技術(shù)與裝備發(fā)展現(xiàn)狀04.

實(shí)地調(diào)研案例分享05.總結(jié)與展望調(diào)研背景全球能源轉(zhuǎn)型背景下海上風(fēng)電的戰(zhàn)略地位與發(fā)展態(tài)勢(shì)在全球能源轉(zhuǎn)型與應(yīng)對(duì)氣候變化的大背景下

，世界主要沿海國家均將海上風(fēng)電等海洋能源開發(fā)作為本國提高能源自給率和保障能源安全的重要發(fā)展方向。15.8GW英國并網(wǎng)容量11.7%全球風(fēng)電總裝機(jī)占比（2023年7.4%至2028年11.7%）83.2GW2024年全年累計(jì)容量（同比+11%）9.2GW德國并網(wǎng)容量41GW中國并網(wǎng)容量（占全球一半以上）2.25億KW2028年全球累計(jì)預(yù)測(cè)英國2030年40GW提

高至

50GW德國2030年：

30GW2035年：40GW丹麥12.9GW韓國

12GW越南7-8GW全球海上風(fēng)電基本集中在歐洲

，英國、丹麥、比利時(shí)、德國等國家海上風(fēng)電占比較高

，單個(gè)項(xiàng)目裝機(jī)可達(dá)到400MW

，累積裝機(jī)超過5000MW

，單臺(tái)風(fēng)機(jī)容量平均達(dá)到4MW。海上風(fēng)電均位于歐洲

，建設(shè)規(guī)模及單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量小

，丹麥、荷蘭、英國等建設(shè)了9個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目

，其中5個(gè)低于10MW，

1991年世界上第一個(gè)真正意義上的海風(fēng)-丹麥Vineby海上風(fēng)電場(chǎng)正式投運(yùn)；商業(yè)化開發(fā)階段（2001-

2022年）規(guī)?；吧钸h(yuǎn)海開發(fā)階段（2022年至今）全球能源轉(zhuǎn)型背景下海上風(fēng)電的戰(zhàn)略地位與發(fā)展態(tài)勢(shì)01示范開發(fā)階段（2000年前）歐洲開始深遠(yuǎn)海規(guī)?；_發(fā)

，全球首個(gè)漂浮式風(fēng)電場(chǎng)在2022年于挪威實(shí)現(xiàn)供電。

從海上風(fēng)電發(fā)展看

，世界主要國家海上風(fēng)電主要經(jīng)歷三個(gè)階段：03028,000

國管

省管

7000

國

管

-

待

配

置

省

管

-

待

配置

國管

省

管7,000

60006,000

50005,000

40004,000

3000

3,000

2000

2,000

10001,000

0廣東山東福建浙江上海廣西江蘇遼寧海南河北天津廣東山東浙江福建上海廣西江蘇遼寧海南河北天津中

國

海

上

風(fēng)

電

發(fā)

展

的

機(jī)

遇

-

海

上

風(fēng)電

規(guī)

劃

總

量已

達(dá)315GW

規(guī)劃現(xiàn)狀：

截止2024年底

，

國家能源局已批復(fù)的海上風(fēng)電規(guī)劃規(guī)模超315GW

，省管占比約42%

，廣東、

福建、

山東、

浙江四省已批復(fù)海上風(fēng)電規(guī)模超過總量的65%

指標(biāo)下發(fā)：

海上風(fēng)電已下發(fā)指標(biāo)超119GW

，其中省管85GW

，

國管34GW

，仍有約190GW的指標(biāo)未下發(fā)

，

國管占比超過80%。

整體待配置指標(biāo)占批復(fù)總量的60%

，廣東、

山東、

浙江、

福建均有較廣闊的增量空間。

預(yù)計(jì)2024-2025年福建、

江蘇、

廣西將以競(jìng)爭(zhēng)性配置或直配的方式釋放約18GW海上風(fēng)電資源.海上風(fēng)電規(guī)劃現(xiàn)狀（萬千瓦）海上風(fēng)電指標(biāo)下發(fā)（萬千瓦）4545

省管

1755萬kW

國管

279031538萬kW11940萬kW省管8550國管3400省管12788國管18750省管

3734國管15310已配置19044萬kW待配置8000待招標(biāo)已批復(fù)-中國海上風(fēng)電發(fā)展的挑戰(zhàn)-資源開發(fā)難度加大（深遠(yuǎn)海）

離岸距離：

從當(dāng)前已并網(wǎng)和在建項(xiàng)目離岸距離統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)

，海上風(fēng)電場(chǎng)址的離岸距離呈明顯增大趨勢(shì)

，在建項(xiàng)目離岸距離大部分已超過50km

，未來新建項(xiàng)目的離岸距離將達(dá)到100km及以上。

平均水深：

從近14年的項(xiàng)目數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)

，海上風(fēng)電場(chǎng)平均水深已突破26m

，局部區(qū)域已突破50m。

未來預(yù)計(jì)新建風(fēng)電場(chǎng)水深將突破60m。

機(jī)組重量：

以16MW級(jí)機(jī)組為例

，水深每增加10米

，基礎(chǔ)（導(dǎo)管架+導(dǎo)管架樁）增重約400t

，塔架增重約100t。不同區(qū)域地質(zhì)多樣性地質(zhì)復(fù)雜

，部分嵌巖淤泥、粘土、粉砂為主天津淤泥質(zhì)粉土、粉砂為主淤泥、粘土、粉砂為主上海淤泥、粉砂、砂質(zhì)粉土為主以粉砂、淤泥、中細(xì)沙、黃崗巖為主粘土、砂質(zhì)粉土、粉砂為主淤泥、粉細(xì)砂、中粗砂為主粗砂、粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土或粘土夾粉砂2009201020112012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023>

50km40-50km30-40km

20-30km10-20km0-10km1000080006000400020000容量（MW）離岸距離

已建項(xiàng)目

在建項(xiàng)目242614.80

16.306.001.001.82

1.405.00

7.22

8.44平均水深(m)10.16

11.542.00海南20 柔性直流輸電尤其適合海上風(fēng)電送出場(chǎng)景

柔性直流輸電技術(shù)是指基于絕緣柵雙極性品體管(IGBT)等全控型器件的直流輸電技術(shù)

，柔性直流輸電尤其適合海上風(fēng)電送出場(chǎng)景。

在海上風(fēng)電送出工程中得到了大量應(yīng)用。 柔性直流輸電應(yīng)用于海風(fēng)場(chǎng)景也存在一些缺點(diǎn)

盡管柔性直流輸電尤其適合海上風(fēng)電送出場(chǎng)景

，海上風(fēng)電行業(yè)仍需持續(xù)研究并解決上述種種挑戰(zhàn)。一種海上風(fēng)電直流送出的拓?fù)潆娐芳翱刂品椒?/p>

柔性直流技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)陸上和海上之間的故障隔離

，無需無功補(bǔ)償，通過有功無功解耦控制為岸上電網(wǎng)提供支撐

，并具備組網(wǎng)可擴(kuò)展性。海上風(fēng)電柔性直流技術(shù)優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn) 全球海上風(fēng)電柔性直流工程建設(shè)日漸增多

全球已有10條海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程建成投運(yùn)

，其中歐洲9條（德國）

，亞洲1條（中國）

。

在建或規(guī)劃的工程有十余條

，主要分布在歐洲（德國、

英國、

荷蘭）

、亞洲（中國）

和北美洲（美國）

。 國內(nèi)海風(fēng)柔直僅如東一個(gè)示范工程投運(yùn)

截至2025年9月

，我國僅有江蘇如東1個(gè)海上風(fēng)電柔性直流輸電示范工程

投運(yùn)

，海上換流站離岸直線距離約70km

，直流電壓等級(jí)+400kV

，輸送容量為

110萬kW

，采用對(duì)稱單極接線。

目前在建的海上風(fēng)電柔性直流輸電工程有青洲工程和三山島工程

2022年2月

，

由中國電科院、

普瑞工程、

美國McDermott公司組成的聯(lián)合體成功中標(biāo)BorWin6海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程換流站EPC

，標(biāo)志著我國高端輸電技術(shù)首次進(jìn)入歐美國家；BorWin6工程是當(dāng)前德國在建容量最大、

輸送距離最遠(yuǎn)的海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程。全球及中國海上風(fēng)電柔直發(fā)展現(xiàn)狀海風(fēng)柔直技術(shù)與裝備發(fā)展現(xiàn)狀關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀1—系

統(tǒng)

設(shè)

計(jì)

技

術(shù)

現(xiàn)

投

運(yùn)

工

程

海

上

風(fēng)

電

通

常

采

用

3

3

kV

交

流

匯

集，經(jīng)

升

壓

平

臺(tái)

升

壓

后

接

入

海

上

柔

直

換

流

站

（平

臺(tái)）

；隨

著

風(fēng)

電

場(chǎng)

規(guī)

模

與

單

機(jī)

容

量

的

擴(kuò)

大，6

6

kV

匯

集

方

式

成

為

新

的

趨

勢(shì)，可

省

去

交

流

升

壓

平

臺(tái)，降

低

匯

集

損

耗

與

工

程

建

設(shè)

成

本，D

o

l

Wi

n5

工

程

之

后的歐洲新建海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程均采用該技術(shù)

。

已投運(yùn)及在建的柔直工程均采用對(duì)稱單極接線方式，

其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

、

控制方式簡(jiǎn)單

；未

來

隨

著

海

上

風(fēng)

電

柔

直

并

網(wǎng)

系

統(tǒng)

從±3

2

0

kV

/10

0

0MW

等

級(jí)

提

升

至±5

2

5

kV

/

2

0

0

0

MW

，

對(duì)

稱

單

極

拓

撲

將

升

級(jí)

為

雙

極

拓

撲，

其

擴(kuò)

展

性

強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，

可靠性進(jìn)一步提升

。關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀1—系

統(tǒng)

設(shè)

計(jì)

技

術(shù)(

1

)

柔

直

與

交

流

系

統(tǒng)

的

同

步

控

制

技

術(shù)同步控制方法可歸納為五類

，其核心對(duì)比如下：控制方法核心測(cè)量

值抗擾能力（電壓

/頻率）適用范圍工程價(jià)值鎖相環(huán)（

PLL）

(SRF/DDSRF）并網(wǎng)點(diǎn)瞬

時(shí)電壓電壓：

不對(duì)稱跌落仍穩(wěn)定頻率：RoCoF

=2π

Hz/s混合電網(wǎng)（多電源

類型）通用最優(yōu)功率同步環(huán)（PSL）并網(wǎng)點(diǎn)有

功功率電壓：

強(qiáng)（依賴短路比）

頻率：

弱(RoCoF

=2π/400Hz/s）混合電網(wǎng)

+直流側(cè)

恒壓（需

儲(chǔ)能）有限適用直流電壓同

步環(huán)（VSL）變流器直

流側(cè)電壓電壓：

僅抗

<20ms短路頻率：

極差（20πμHz/s）理論通用

，實(shí)際受限基本無無功功率同

步環(huán)（QSL）無功功率電壓：

優(yōu)頻率：

無影響二極管整流直流送出的海上

風(fēng)電場(chǎng)特定場(chǎng)景

優(yōu)電流同步環(huán)（CSL）電流電壓：

優(yōu)頻率：

無影響100%變

流器電源

電網(wǎng)應(yīng)用存疑

（無法解

耦功率）口海風(fēng)系統(tǒng)特殊故障應(yīng)對(duì)1.直流雙極短路：-采用混合子模塊

MMC

，閉鎖全橋子模塊阻斷故障電流-協(xié)同控制

：陸上站調(diào)直流電壓（信號(hào)）

，海上站降風(fēng)場(chǎng)交2.流電壓（功率平衡）-海上交流側(cè)故障（匯集線路短路）：-整流側(cè)

MMC：降低交流電壓d軸分量參考值

+電流限幅-故障恢復(fù)：快速矯正相位

，將q軸電壓恢復(fù)至0（加速并網(wǎng)恢復(fù)）(

2

)

送

端

與

受

端

柔

直

換

流

器

的

控

制

技

術(shù)目前

，

陸上站控制直流電壓

，并通過恒定無功功率或交流電壓控制實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的無功功率交換；海上站通過基于交流電壓-頻率的孤島控制模式

，

為風(fēng)電場(chǎng)提供穩(wěn)定的并網(wǎng)電壓。關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀2—系

統(tǒng)

控

制

技

術(shù)(

3

)

海

風(fēng)

柔

直

系

統(tǒng)

故

障

穿

越

控

制

技

術(shù)

正負(fù)序獨(dú)立控制（故障穿越核心手段）

換流器電流限幅策略（穩(wěn)態(tài)

+暫態(tài)通用）口交流低壓限流策略（設(shè)備防護(hù)關(guān)鍵）海上換流器的控制策略框圖陸上換流器的控制策略框圖關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀3—運(yùn)

行

維

護(hù)

技

術(shù)

現(xiàn)

有

海

上

風(fēng)

電

柔

性

直

流

工

程

投

運(yùn)

時(shí)

間

較

短

，

缺

乏

長

期

的

運(yùn)

行

數(shù)

據(jù)

積

累

和

經(jīng)

驗(yàn)

總

結(jié)

，

因

此目

前

對(duì)

于

海

上

風(fēng)

電

柔

性

直

流裝備仍然采用傳統(tǒng)的定期檢測(cè)維護(hù)手段

。核心柔性直流裝備運(yùn)維涵蓋換流閥子模塊程序升級(jí)（單模塊加電/遠(yuǎn)程批量升級(jí)）

、功能測(cè)試

（專用設(shè)備單/批量檢測(cè)）

、

電極結(jié)垢檢測(cè)（傳統(tǒng)人工抽檢效率低

，許

繼電氣研發(fā)X射線成像非拆卸檢測(cè)）

、子模塊快速更換（行吊/抽拉裝置

防翻轉(zhuǎn)方案）

。海上風(fēng)機(jī)運(yùn)維技術(shù)包括周期性巡檢+定期維護(hù)

，

配套故障診斷專家系統(tǒng)（歷史數(shù)據(jù)+專家

經(jīng)驗(yàn)快速定位故障）

、遠(yuǎn)程故障診斷（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至陸地中心修復(fù)簡(jiǎn)單故障）

、現(xiàn)場(chǎng)維修（專業(yè)人員處理復(fù)雜硬件故障如功率器件損壞）

。0102序號(hào)工程名稱投運(yùn)年份直流電壓

/kV容量/MW子模塊類型1BorWin12010±

150400——2BorWin22015±300800半橋3DolWin12015±320800半橋4HelWin12015±250576半橋5HelWin22015±320690半橋6SylWin12015±320864半橋7DolWin22016±320916半橋8DolWin32017±320916半橋9DolWin32018±320900半橋10BorWin32019±320900半橋11DolWin62023±320900半橋12DolWin52024±320900半橋13BorWin52025±320900半橋

國際海風(fēng)柔直項(xiàng)目換流器應(yīng)用情況目前

，

海上風(fēng)電柔性直流輸電工程主要集中在德國

，

相關(guān)柔性直流換流器應(yīng)用情況如下表所示。

其中除世界上第一個(gè)海上風(fēng)電柔性直流輸電工程——BorWin

1工程采用兩電平柔性直流換流器外

，其余各工程柔性直流換流器均采用MMC拓?fù)?。德國海上柔性直流輸電換流器工程應(yīng)用情況

國內(nèi)海風(fēng)柔直項(xiàng)目換流器應(yīng)用情況中國海上風(fēng)電柔性直流輸電技術(shù)起步較晚

，

我國已經(jīng)投運(yùn)和規(guī)劃建設(shè)的海上風(fēng)電柔性直流輸電工程所采用的柔性直流換流器情況如下表所示。中國海上柔性直流輸電換流器工程應(yīng)用情況序號(hào)工程名稱投運(yùn)年份直流電壓/kV容量/MW子模塊類型1如東工程2021±4001100半橋2青洲工程建設(shè)中±

5002000半橋3三山島工程建設(shè)中±

5002000半橋+全橋

混合型核心裝備現(xiàn)狀1—柔

性

直

流

換

流

器換流器件方面應(yīng)用于海上風(fēng)電柔直送出工程的IGBT器件整體朝著更高電壓等級(jí)、更大通流能力的趨勢(shì)發(fā)展，

由早期的4500V/1.5kA逐步發(fā)展至DolWin6的6500V/1.5kA。換流器拓?fù)浞矫嬖谝淹哆\(yùn)的海上柔性輸電工程中

，主要包含半橋型MMC（模塊化多電平換流器）和全半橋混合型MMC這2種拓?fù)湫褪健Q流閥安裝型式方面現(xiàn)階段柔直換流閥主要有支撐式和懸吊式兩種安裝型式

，國內(nèi)外海上和陸上柔直換流站多采用支撐式閥塔結(jié)構(gòu)。核心裝備現(xiàn)狀1—柔

性

直

流

換

流

器半橋結(jié)構(gòu)（左）

與全橋結(jié)構(gòu)（右）核心裝備現(xiàn)狀2—直

流

耗

能

裝

置 引入耗能裝置將系統(tǒng)盈余功率以熱量形式耗散

，其憑借響應(yīng)速度快和可靠性高等優(yōu)勢(shì)成為海風(fēng)工程中普遍采用的解決方案。

根據(jù)耗能裝置在系統(tǒng)中布設(shè)位置的不同

，可分為交流耗能裝置和直流耗能裝置。直流耗能裝置是現(xiàn)階段海風(fēng)工程中的主流技術(shù)方案，直流耗能裝置存在諸多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

，按照電阻布置方式的不同可分為集中式、分布式和混合式三種技術(shù)路線序號(hào)工程名稱系統(tǒng)參數(shù)供貨商技術(shù)路線1BorWin

1300kV/400MWABB集中式2BorWin

2640kV/800MW西門子分布式3DorWin

1640kV/800MWABB集中式4DorWin

2640kV/916MWABB集中式5HelWin

1640kV/576MW西門子分布式6HelWin

2640kV/690MW西門子分布式7江蘇如東800kV/1100MW許繼電氣集中式8BorWin6640kV/1030MW中國電科院混合式耗能裝置在海風(fēng)柔直系統(tǒng)中潛在的配置位置部分工程中直流耗能裝置應(yīng)用情況1.機(jī)組容量與葉輪直徑躍升?

容量突破

：從15MW（Vestas2022）

躍升至26MW（東方電氣2024）

，

2025年國產(chǎn)25MW機(jī)型研發(fā)中

，功率覆蓋20-25MW

，發(fā)電量提升38%。?

葉輪進(jìn)化

：直徑從236m（Vestas2022）

擴(kuò)展至313m

（東方電氣2024）

，

305m風(fēng)輪研發(fā)中

，適配深遠(yuǎn)海高風(fēng)速海域。3.關(guān)鍵部件技術(shù)進(jìn)展?

葉片材料

：碳纖維全面應(yīng)用

，金風(fēng)GW147葉片通過靜力測(cè)試

，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度輕量化。?

變流器拓?fù)洌簄兩電平

：適用于1-8MW機(jī)組

，模塊化并聯(lián)提升功率

，但10MW以上容量受限。n三電平

：耐壓要求降低

，系統(tǒng)效率提升

，成為10MW+機(jī)組首選拓?fù)?/p>

，市場(chǎng)份額持續(xù)擴(kuò)大。?

環(huán)境適應(yīng)：

IP54防護(hù)等級(jí)

，

C3H防腐能力

，全水冷+加熱除濕系統(tǒng)應(yīng)對(duì)高鹽霧潮濕環(huán)境。2.技術(shù)路線分化?

半直驅(qū)主導(dǎo)

：金風(fēng)、

遠(yuǎn)景、

明陽等國產(chǎn)機(jī)組多采用半直驅(qū)

，實(shí)現(xiàn)20-26MW容量突破。?

直驅(qū)并行：

GE重啟18MW直驅(qū)機(jī)組

，

SiemensGamesa完成276-21.5MW直驅(qū)樣機(jī)吊裝。?

雙饋技術(shù)

：在大型化趨勢(shì)下應(yīng)用減少

，主要見于早期中小型機(jī)組。4.并網(wǎng)技術(shù)挑戰(zhàn)?

弱電網(wǎng)穩(wěn)定性

：短路比下降引發(fā)并網(wǎng)問題

，需通過頻域阻抗分析、

控制參數(shù)優(yōu)化等手段解決。?

柔直接入風(fēng)險(xiǎn)：

電力電子化電網(wǎng)導(dǎo)致寬頻振蕩，需電磁暫態(tài)建模掃描工況

，優(yōu)化風(fēng)機(jī)/柔直側(cè)阻尼控制。核心裝備現(xiàn)狀3—風(fēng)

機(jī) 隨著海上風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)?；痛笮突l(fā)展

，我國大型海上風(fēng)電機(jī)組的研制不斷取得突破性進(jìn)展

，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量和葉輪直徑逐漸增大。

控制保護(hù)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)當(dāng)前海風(fēng)柔直工程的控制保護(hù)系統(tǒng)

，其分層結(jié)構(gòu)與陸上柔直工程一致

，包括系統(tǒng)監(jiān)視與控制層、控制保護(hù)層與現(xiàn)場(chǎng)IO層。

控制保護(hù)裝置鑒于海風(fēng)柔直工程海上站無人運(yùn)維以及控保屏柜緊湊化的特殊需求

，控保主機(jī)需具備高可靠性、模塊化設(shè)計(jì)、高性能和小型化等特點(diǎn)

，以提升主機(jī)功能的集成度

，并有效減少屏柜的重量及占地面積。核心裝備現(xiàn)狀4—控

制

保

護(hù)

系

統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)海風(fēng)柔直技術(shù)與裝備未來發(fā)展趨勢(shì)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1—系

統(tǒng)

設(shè)

計(jì)

技

術(shù)

在未來

，

海上風(fēng)電的開發(fā)勢(shì)必朝著深遠(yuǎn)海和大規(guī)模方向發(fā)展

，

且商業(yè)化程度不斷提高

，

對(duì)海上風(fēng)電的可靠性

、

經(jīng)濟(jì)性等

方面要求也隨之提高

，

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案方面的創(chuàng)新尤為關(guān)鍵

。1.中頻風(fēng)機(jī)海上風(fēng)電MMC直

流送出方案2.工頻風(fēng)機(jī)海上風(fēng)電多端

MMC直流送出方案3.工頻風(fēng)機(jī)海上風(fēng)電DRU直流送出方案4.中頻風(fēng)機(jī)海上風(fēng)電DRU直流送出方案5.工頻風(fēng)機(jī)海上風(fēng)電DRU-

MMC串聯(lián)直流送出方案6.工頻風(fēng)機(jī)海上風(fēng)電DRU-

MMC并聯(lián)直流送出方案7.中頻交流-直流混合匯集

DRU-MMC直流送出方案8.海上風(fēng)電全直流送出方案隨著大規(guī)模海風(fēng)的接入

，

電力電子化不斷提高并且伴隨著不同時(shí)間尺度的控制作用疊加

，系統(tǒng)易發(fā)寬頻域振蕩

，未來需要重點(diǎn)考慮對(duì)寬頻振蕩的抑制。海上風(fēng)電場(chǎng)抑制振蕩主要通過在風(fēng)機(jī)級(jí)、場(chǎng)站級(jí)和系統(tǒng)級(jí)部署多層次協(xié)調(diào)控制策略來實(shí)現(xiàn)。隨著海上風(fēng)電場(chǎng)的集群化開發(fā)

，

多端直流電網(wǎng)將成為未來海上風(fēng)電并網(wǎng)的主流架構(gòu)。在這一發(fā)展趨勢(shì)下

，

系統(tǒng)控制技術(shù)面臨著更復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境和更高的穩(wěn)定性要求。因此

，

未來的研究方向?qū)⒏幼⒅胤植际絽f(xié)同控制策略的開發(fā)與應(yīng)用。隨著電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)比例的下降，直流電網(wǎng)的慣量支撐問題日益凸顯。虛擬慣性控制技術(shù)的應(yīng)用

，

可以有效提升系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力

，

改善頻率和電壓的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。02海風(fēng)柔直系統(tǒng)的構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)01面向多端海風(fēng)柔直系統(tǒng)的控制技術(shù)03系統(tǒng)寬頻振蕩抑制技術(shù)

從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看

，同步控制方法的研究重點(diǎn)正在從單一性能優(yōu)化轉(zhuǎn)向多模式自適應(yīng)控制。關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)2—系

統(tǒng)

控

制

技

術(shù)（1）遠(yuǎn)程運(yùn)維技術(shù)

，構(gòu)建起“風(fēng)機(jī)

-云端

-運(yùn)維中心”的數(shù)據(jù)傳輸鏈路。（2）無人值守技術(shù)

，融合智能感知、

自動(dòng)控制

與安防體系。（3）預(yù)測(cè)性維護(hù)

，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法

，預(yù)測(cè)剩

余壽命。（4）智能調(diào)度

，對(duì)運(yùn)維資源（如無人機(jī)巡檢、運(yùn)維船出海）進(jìn)行智能調(diào)度。全面的海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)

，整合了柔性直流控制保護(hù)系統(tǒng)、升壓站監(jiān)控、風(fēng)功率預(yù)測(cè)等多個(gè)子系統(tǒng)，對(duì)各主要電氣設(shè)備提供了完備的監(jiān)控功能

，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制、輔助監(jiān)控及預(yù)警、生產(chǎn)運(yùn)行管理等三大方面應(yīng)用。海上風(fēng)電柔性直流技術(shù)與裝備的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)未來將朝著智能化、高效化、可靠性和可持續(xù)性方向發(fā)展

，以應(yīng)對(duì)遠(yuǎn)海風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)帶來的挑戰(zhàn)

，總體來說表現(xiàn)為遠(yuǎn)程運(yùn)維、無人值守、智能監(jiān)測(cè)等。關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)3—運(yùn)

行

維

護(hù)

技

術(shù)1.核心柔性直流裝備的運(yùn)行維護(hù)柔性直流輸電換流閥設(shè)備智能監(jiān)測(cè)示意圖海上風(fēng)電柔性直流一體化監(jiān)控系統(tǒng)示意圖2.海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)行維護(hù)核心裝備發(fā)展趨勢(shì)1—柔

性

直

流

換

流

器 在海上風(fēng)電送出應(yīng)用場(chǎng)景下

，如何在輸送容量提升的同時(shí)降低海上平臺(tái)的尺寸和重量

，是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)

，這就要求柔性直流

換流器的體積小

，質(zhì)量輕

，功率密度高

，從而提高經(jīng)濟(jì)性。

目前有以下趨勢(shì)：?海上風(fēng)機(jī)變流器提供短路電流能力弱

，海上站換流閥耐受的最大系統(tǒng)故障電流較低

，不超過IGBT的耐受能力

，可考慮取消保護(hù)晶閘管的使用

，降低設(shè)備重量和成本；?通過換流閥子模塊緊湊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

，并對(duì)緊湊空間的電磁熱力多物理場(chǎng)特性進(jìn)行綜合調(diào)控

，可實(shí)現(xiàn)緊湊化設(shè)計(jì)

03

緊湊化與輕型化?換流閥直流電容在子模塊的體積和重量占比超過50%

，低

容值設(shè)計(jì)是輕型化關(guān)鍵?

通過采用二、三次諧波綜合注入的電壓紋波抑制策略

，可降低電容電壓波動(dòng)率

，提高直流電壓利用率

，降低損耗

，增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)運(yùn)行能力。

02

子模塊電容容值降低?

采用更高電壓等級(jí)的IGBT器件

，

可提升單個(gè)功率模塊的工作電壓

，

減少換流閥功率模塊數(shù)量

，

進(jìn)而減小換流閥占地面積、

成本和損耗。

柔直換流閥所用IGBT器件電流將進(jìn)一步提升

，

從目前最高的4.5kV/5kA提升到4.5kV/6kA及以上；

為了降低海上換流平臺(tái)體積及造價(jià)

，

將提升IG

BT的電壓等級(jí)，由4

.

5kV提

升

至6.5V及更高IGCT具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

電壓電流提升容易

、

導(dǎo)通壓降低等優(yōu)點(diǎn)

，

與柔性直流輸電的主要技術(shù)需求吻合

，

因此成為近年來研究的熱點(diǎn)。功率器件的電壓等級(jí)與電流水平提升01核心裝備發(fā)展趨勢(shì)2—直

流

耗

能

裝

置

當(dāng)

前

我

國

已

成

功

應(yīng)

用

于

如

東

海

上

風(fēng)

電

柔

性

直

流

工

程

的

基

于

半

橋

子

模

塊

MM

C

拓

撲

的

集

中

式

耗

能

電

阻

，

仍

然

存

在

體

積

較大

、

成本較高的問題

。

因此

，

高經(jīng)濟(jì)性與高性能的直流耗能裝置方案依然是當(dāng)前的重點(diǎn)發(fā)展方向

，

此外探索耗

能與柔直閥的融合也是未來重要發(fā)展方向之一

。風(fēng)機(jī)-柔性直流協(xié)同耗能方案我國探索了通過創(chuàng)新通訊架構(gòu)

，令海上風(fēng)機(jī)主動(dòng)快速配合柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行盈余功率分散式就地消納的風(fēng)機(jī)-柔性直流協(xié)同耗能方案。

目前

，南網(wǎng)科研院研究團(tuán)隊(duì)已聯(lián)合設(shè)備廠家開展了快速調(diào)用風(fēng)機(jī)耗能裝置模擬試驗(yàn)

，初步驗(yàn)證了風(fēng)機(jī)協(xié)同方案的可行性

，接下來預(yù)計(jì)也將在三山島工程中得到進(jìn)一步推廣。更具經(jīng)濟(jì)性的新型耗能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在高經(jīng)濟(jì)性集中式直流耗能裝置方面

，例如中清華大學(xué)提出的基于IGCT復(fù)合式子模塊直串的拓?fù)浞桨?/p>

，將在青洲海上風(fēng)電柔性直流工程中進(jìn)行應(yīng)用。耗能與柔直換流器的融合業(yè)界提出了將分布式耗能電阻集成到柔性直流換流器子模塊中的新型方案

，此時(shí)該類型換流器又被稱為能量自平衡型或分布式耗能型柔性直流換流器

，

融合耗能電阻的柔直換流器將在我國三山島海上風(fēng)電柔性直流輸電工程中獲得首次應(yīng)用。0102031）

機(jī)組容量提升隨著海上風(fēng)電規(guī)?；七M(jìn)

，為進(jìn)一步

降低成本、提升發(fā)電收益

，機(jī)組大型

化不會(huì)止步

，單機(jī)容量會(huì)逐步向25MW以上發(fā)展。3）

機(jī)組可靠性升級(jí)通過引入“多繞組電機(jī)+多套變流器”解耦運(yùn)行結(jié)構(gòu)

，在系統(tǒng)故障時(shí)可自動(dòng)

降額冗余運(yùn)行

，提升風(fēng)場(chǎng)可利用率。通過在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中融入自診斷、

自恢復(fù)等功能

，增強(qiáng)系統(tǒng)自愈能力。隨著風(fēng)電機(jī)組容量的增加，

為了持續(xù)降低成本

，提高海上施工效率

，降低海上機(jī)組的重量

。海上風(fēng)電機(jī)組趨向于采用全集成傳動(dòng)鏈路線

，并通過新材料

，新技術(shù)應(yīng)用

，持續(xù)減低單位兆瓦重量。4）

漂浮式風(fēng)電機(jī)組根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（

GWEC）

的最新數(shù)據(jù)

，預(yù)計(jì)到2025年

，將有4個(gè)規(guī)模為150至200兆瓦的海上漂浮式風(fēng)電項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。

在多種柔直拓?fù)浞桨覆⒋娴谋尘跋?/p>

，風(fēng)電機(jī)組作為電源端的核心單元

，其變流器的性能、功能定位以及系統(tǒng)配合方式正經(jīng)歷深刻變革。2）

輕量化、

集成化、

高電壓、

電氣上置核心裝備發(fā)展趨勢(shì)3—風(fēng)

機(jī)整機(jī)發(fā)展趨勢(shì)核心裝備發(fā)展趨勢(shì)3—風(fēng)

機(jī)

電力接入發(fā)展趨勢(shì)——構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)

電力接入發(fā)展趨勢(shì)——耗能型風(fēng)機(jī)基于自主可控平臺(tái)的國產(chǎn)直01

流控保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)柔性直流控制保護(hù)系統(tǒng)的自主可控研制

，打破國外技術(shù)壟斷

，對(duì)于預(yù)防電網(wǎng)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)、確保直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有深遠(yuǎn)意義。國產(chǎn)柔直控保主機(jī)基于直流控保IO就地化配02置的緊湊化控保系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)海上換流站輕型化和緊湊化設(shè)計(jì)需求

，采用直流控制保護(hù)IO就地化布置是一種可行的、效率較高的實(shí)現(xiàn)方案柔直控制保護(hù)系統(tǒng)就地化直流控保IO方案核心裝備發(fā)展趨勢(shì)4—控

制

保

護(hù)

系

統(tǒng)全系統(tǒng)頁面換流站頁面風(fēng)電場(chǎng)頁面風(fēng)機(jī)頁面?

信息完整采集?設(shè)備全面監(jiān)控?

操作安全自動(dòng)?

系統(tǒng)無縫融合?減少人員數(shù)量與工作量?

提升運(yùn)維效率?監(jiān)控設(shè)備數(shù)量構(gòu)建含風(fēng)電場(chǎng)、

升壓站、

海上換流站、

陸上換流站的一體化監(jiān)控系統(tǒng)

，

精簡(jiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的同時(shí)大幅提升運(yùn)維效率。核心裝備發(fā)展趨勢(shì)4—控

制

保

護(hù)

系

統(tǒng)實(shí)地調(diào)研案例分享?

三峽如東海上風(fēng)電柔性直流輸電工程是國內(nèi)電壓等級(jí)最高、容量最大、海上輸送距離最長的柔性直流輸電項(xiàng)目

，位于三峽如東H6海上風(fēng)電場(chǎng)與H10海上風(fēng)電場(chǎng)之間海域的北側(cè)位置

，離岸距離約70公里

，額定輸送容量1100兆瓦，

由三峽集團(tuán)與中廣核集團(tuán)共同投資建設(shè)。?

如東柔直工程是國內(nèi)首個(gè)商業(yè)化運(yùn)行的海上風(fēng)電柔性直流送出項(xiàng)目

，承擔(dān)“驗(yàn)證技術(shù)路線、建立標(biāo)準(zhǔn)體系、培育產(chǎn)業(yè)鏈”三大使命

，為后續(xù)±

525kV/2000MW乃至±800kV/5000MW級(jí)項(xiàng)目奠定技術(shù)與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。實(shí)地調(diào)研案例1—三峽

如

東

海

風(fēng)

柔

直

工

程項(xiàng)目簡(jiǎn)介：

總體架構(gòu)：?

電源側(cè)：三峽如東H6（400MW）、

H10（400MW），中廣核如東H8（300MW）

，共1100MW。?海上換流站：

±400kV對(duì)稱單極

，額定1100MW（持續(xù)1200MW）

，直流電流1375A。?直流線路

：99km500mm2XLPE直流海纜+9km陸纜，雙極同軸結(jié)構(gòu)

，最高運(yùn)行溫度70℃。?陸上換流站：江蘇省如東縣長沙鎮(zhèn)

，500kV交流側(cè)接

入江蘇主網(wǎng)

，預(yù)留二期500kVGIS間隔。?控制策略：海上V/f控制

，陸上Vdc/Q控制

，黑啟動(dòng)時(shí)間<30min。項(xiàng)目參數(shù)制造單位備注換流閥±

400kV/1100MW

，額定子模數(shù)400個(gè)，

冗余8%許繼電氣功率密度1.7MW/m3換流變2

×

850MVA，

525/400kV

，雙繞組特變電工阻抗18%

，帶全工況有載調(diào)壓直流海纜±400kV

1

×

250

0mm2XLPE中天科技世界首根百米級(jí)連續(xù)擠包橋臂電抗13

3mH，

干式空心西電集團(tuán)線性度1%耗能裝置MMC半橋子模塊

+集中式電阻許繼電氣響應(yīng)時(shí)間5ms平臺(tái)導(dǎo)管架47m×47m

，樁腿入土55m上海振華抗百年一遇臺(tái)風(fēng)，

H_s

=9.5m實(shí)地調(diào)研案例1—三峽

如

東

海

風(fēng)

柔

直

工

程

關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)：實(shí)地調(diào)研案例1—三峽

如

東

海

風(fēng)

柔

直

工