海上风电柔性直流输电技术主题调研报告

全球能源转型与海上风电发展：在全球能源转型和应对气候变化的背景下，海上风电成为主要沿海国家提高能源自给率和保障能源安全的重要发展方向。海上风电发展经历了示范开发（2000年前）、商业化开发（2001-2022年）和规模化及深远海开发（2022年至今）三个阶段。中国海上风电规划总量已达315GW，其中已批复规模占比42%，指标下发超119GW，仍有约190GW指标待配置。
中国海上风电挑战：离岸距离和平均水深不断增加，机组重量也随之增加，资源开发难度加大。
海上风电柔性直流技术优势与挑战：柔性直流输电适合海上风电送出，优势包括故障隔离、无需无功补偿、提供电网支撑和组网可扩展性；挑战包括安装施工难度大、设备运行工况恶劣。

全球及中国海上风电柔直发展现状：全球已有10条海上风电柔直并网工程建成投运，主要分布在欧洲和亚洲。中国仅有江苏如东1个示范工程投运，在建或规划工程有十余条，主要分布在江苏、广东、浙江等地。
关键技术现状：
- 系统拓扑：现投运工程主要采用33kV/66kV交流汇集，±400kV对称单极接线。
- 系统控制技术：包括柔直与交流系统的同步控制、送端与受端柔直换流器的控制、海风柔直系统故障穿越控制等。
- 运行维护技术：采用传统的定期检测维护手段，核心装备运维包括换流阀子模块升级、功能测试、电极结垢检测和子模块快速更换等。
核心装备现状：
- 柔性直流换流器：国内外主要采用MMC拓扑，IGBT器件电压等级和通流能力不断提升。
- 直流耗能装置：以集中式耗能电阻为主，探索新型拓扑结构和耗能与柔直换流器融合方案。
- 风机：机组容量和叶轮直径逐渐增大，采用半直驱、直驱和双馈技术，叶片材料全面应用碳纤维。
- 控制保护系统：分层结构与陆上柔直工程一致，控保主机需具备高可靠性、模块化设计等特点。

关键技术发展趋势：
- 系统设计技术：面向深远海和大规模开发，提高可靠性和经济性。
- 系统控制技术：从单一性能优化转向多模式自适应控制，包括多端海风柔直系统的控制、构网型控制技术和宽频振荡抑制技术。
- 运行维护技术：向智能化、高效化、可靠性和可持续性方向发展，包括远程运维、无人值守和预测性维护等。
核心装备发展趋势：
- 柔性直流换流器：提升IGBT器件电压等级和电流水平，实现紧凑化和轻型化设计。
- 直流耗能装置：探索更具经济性的新型耗能拓扑结构，尝试与换流器融合以及与风机协同耗能。
- 风机：机组容量进一步提升，向25MW以上发展，采用全集成传动链路线和轻量化设计，提升可靠性。
- 控制保护系统：实现自主可控研制，采用直流控制保护O就地化布置，构建一体化监控系统。

三峡如东海上风电柔性直流输电工程：国内首个商业化运行的海上风电柔性直流送出项目，承担验证技术路线、建立标准体系、培育产业链的使命。
- 调研核心发现：
  - 技术与运维成效：设备可靠性高，运维效率提升，低碳特性显著。
  - 待解问题与行业挑战：辅助系统短板、标准体系不完善、技术协同不足。
金风科技调研：
- 调研核心发现：
  - 宽频震荡隐患：需通过联合仿真优化阻尼策略。
  - 故障恢复适配难：缺乏统一技术依据。
  - 直流风机经济性短板：高压直流风机成本高，暂不具备规模化应用条件。

未来发展趋势：
- 系统拓扑：从单极向双极大容量发展，从端对端、多端到直流电网演变。
- 系统控制技术：向电网发好性更高的新型控制技术转变。
- 换流阀：紧凑化和适海性提升，智能化检测及运行状态评估技术被推广应用。
- 直流耗能装置：探索新型拓扑，尝试与换流器融合以及与风机协同耗能。
- 换流平台：轻型化和智能化技术进一步发展，平台无人值守将被普及。
推动措施：
- 通过柔直专委会平台，建立海上风电柔性直流输电“产学研用”合作链，推广典型案例，形成“技术研发-工程试点-标准输出”闭环。