2023-12-17-国家电网-海上风电柔性直流输电系统先进控制技术_39页_14mb

1. 海上风电发展现状与挑战

• 全球装机量：2022年全球海上风电新增装机8.8GW，累计装机达64.3GW；GWEC预计未来十年全球新增海上风电装机将达380GW。
• 发展趋势：从近海向远海发展，离岸距离从60km以内向80km-200km延伸；单机容量从2010年的300MW增至2020年的800MW。
• 输电技术对比：
  • 交流输电：技术成熟、成本低，适用于近海。
  • 直流输电：适合远海，传输能力强，无需无功补偿，但投资成本较高。
• 中国应用：江苏如东、广东阳江青洲五等柔性直流输电工程相继投运或在建。

2. 构网型主动支撑技术

2.1 核心技术突破

• 构网型控制：实现换流系统呈“电压源”特性，具备频率变化下提供有功支撑、电压变化下提供无功支撑，以及交流短路故障下的快速限流能力。
• 海上风机-柔性直流协同控制：构建“全链条耦合”控制架构，实现风机惯量与柔直系统协同响应，提升系统暂态稳定性。
• 虚拟同步控制：通过“无电流内环”调节，双站协同响应电网频率和电压的变化。

2.2 BorWin6工程应用

• 工程概况：总容量10.6GW，直流电压+320kV，输电距离235km，是欧洲最后的320kV海上柔直工程。
• 控制挑战：柔直储能有限，在复杂工况下需构建全链条耦合机制。
• 应对方案：采用“无电流内环”直流电压-频率耦合控制，实现全工况电压源特性。

3. 适应谐振抑制技术

3.1 海上风电系统谐振问题

• 谐波阻抗波动：风场和柔直流系统运行状态下谐波阻抗多变，容易引发高频振荡。
• 欧洲典型案例分析：
  • BorWin1：250~350Hz振荡导致换流平台电容烧毁，后续通过增加有源阻尼控制解决。
  • SylWin1工程：通过固有频率引入有源阻尼，在250Hz/350Hz振荡频率处阻尼效果提升50%。
  • 张北/如东工程：通过控制方式调整及采取抑制策略解决高频振动。

3.2 自适应抑制技术

• 在线检测机制：系统每2个基波周期快速检测交流电压电流的振荡分量。
• 抑制策略：根据震荡分量调节阻尼控制，实现震荡频率的自适应调整。
• 技术路线：
  • 开展宽频谐波阻抗分析。
  • 开发自适应振荡抑制策略，应对500Hz以上高频震荡。

4. 技术展望与应用推广

• 源-网协同控制模式：通过实现海上风机与柔直流系统的“构网控制”，增强电网支撑能力。
• 谐波抑制技术升级：建立在线检测与抑制机制，降低宽频振荡风险。
• 工程实践：
  • BorWin6工程计划2027年投运，为欧洲新型电力系统提供支撑；
  • 国内电网计划推广构网技术，助力海上风电大规模接入。