国网经济技术研究院有限公司直流中心换流站技术处处长

大家好，今天为大家带来以可靠性和经济性为中心的远海风电柔性直流送出技术的分享。

首先介绍一下我们单位，国网经济技术研究院有限公司电网规划和工程设计的技术队伍单位，是国家电网公司直属科研单位，主要是负责国家电网的规划工程设计项目提出的技术经济及相关标准研究和制定，是国家发改委认定的，承担国家委托投资咨询评估任务的咨询机构，具有工程、勘察专业、甲级电力行业专业、甲级工程资源，甲级资格是因为我们国家能源特高压是有输电工程承包设计研发实验中心，到六个国家集合国网公司里的重点实验室，聚焦特高压交流系统大电网安全柔性智能输电，新一代储能变电站等前沿前瞻性的技术研究，承担国家电网公司和国家级的重大科研攻关任务，开展规划设计核心业务、行业标准、国家标准的制定。

(资料图片仅供参考)

再介绍我们国网经研院的直流技术中心的具体工作，我们国网直流中心的前身是伴随三峡输变电工程建设而成立的北京网联公司，主要是负责开展输电技术的引进消化创新。经过31年的发展和几代人的努力，通过自主创新，我们已经发展成为中国的研发能力最强，经验最丰富的技术研发中心，成了国网公司海内外的31项传统柔性工程的成套设计，成为全球范围内的第三大电设计研发中心，我们自主承担了中国首个沿海平面投资直流工程，下面首先介绍海上风电与安排化发展趋势和柔性直流送出的技术必要性。

我们知道海上风电目前处在大发展的道路，我国的海岸线海上风电的资源比较丰富，海上风电和陆上风电以光伏相遇当中另小时数是比较高的，能够达到4000小时以上。另外海上风电网对我国的沿海的负荷中心比较近，优点决定了海上风电已经进入到了迅速发展的阶段。近海风电站址资源日趋紧张，远海风能资源相对更加丰富、稳定。预计未来海上风电平均离岸距离100km，风场容量500~1000MW；预计2050年，我国深远海风电装机将达到40GW。

第三个是海远风电柔性直流送出的必要性。它和直流和交流不同，主要是采用直流电没有充电控制线，我们知道交流互通尤其是在海洋中距离比较好之后，问题导致点我们的速度，系统无法正常的传输相关的数据功率。另外我们有效合理交流电网安全，海上风电场之间的相互的影响，可谓海洋风电场能提供稳定的领导力，是由于信息运营方式比较灵活，有综合工作能够灵活的自由的了解。柔性直流送出是远海风电并网的首选技术方案，也是目前唯一具有工程实践经验的大规模远海风电并网方案。

随着补贴逐步退坡，我国海上风电产业即将全面迎来平价上网时代，作为重要并网方案，远海风电柔性直流送出技术面临更大的机遇和挑战，技术创新、降本增效，保证可靠性、提升经济性，是远海风电柔性直流送出技术的必由之路。

这里我们也简单介绍我国的海上风电相关的补贴电价，2019年5月是国家发改委是发布了完善风电电价政策的通知，3月2处海上风电标杆上网电价改为指导价。新核准的项目通过竞争方式确定商务电价，上网电价负责高于指导价，2019年的指导价0.8元，到2020年为0.75元。2019年12月份国家能源局发布了关于制度2020年风电建设管理有关事项的通知，通知里面也指出了2022年开始，停止新建海上风电的中央补贴，鼓励地方政府自行补贴。

下面重点介绍柔性直流输电柔性直流输电优势显著设计程度，柔性直流输电具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点，应用于远海风电送出场景可靠性高。国网经研院通过自主研发完全掌握柔直核心技术，独立完成了舟山、厦门、渝鄂、张北、白鹤滩、江苏如东海上风电柔直成套设计，自主完成的所有设备技术规范，能够与国内不同厂家、不同技术路线的设备相适应，实现了柔直设计和主要设备的国产化。目前，投运工程运行状态良好。远海风电建设初期，研发投入大，综合成本高，宜采用可靠性高、接线相对简单经济的对称单极接线方式。

换流站紧凑型布置的经济型，利用紧凑化主接线设计和紧凑型布置，最大程度降低海上平台尺寸、重量，减少平台运维工作量。海上平台造价约占工程投资总额的20%，启动回路、限流电抗器、直流耗能装置等采用陆上站单站化配置，海上站联接变压器阀侧、直流场采用GIS化设计。

结合工程可靠设计要求，利用设备规范和技术标准的合理制定带动我国远海风电直流装备事业发展，确保工程方案顺利推进，有效降低设备整体造价，换流阀约占全站设备造价的55%，通过IGBT器件和换流阀用电容器国产化研制，挖掘IGBT子模块耐压能力，合理降低冗余，实现国产化替代和器件的优化利用。同时，聚焦高绝缘大电流直流海缆、高电压大电感接地电抗器等核心设备的研发。

系统绝缘配合优化设计，通过绝缘配合优化设计，降低站内直流侧设备和直流海缆研发难度和绝缘成本，基于海上风电机组与柔性直流系统的暂态耦合机理，优化换流站避雷器配置，形成低倍率绝缘配合方案，降低工程设备和平台整体造价，直流海缆设计、制造难度大，投资占比大，成本约占到工程投资总额的32%。

采用海上换流站联接变压器并联设计，应对海上设备维修窗口期的不确定性，提高系统年利用小时数，保障运行可靠性与经济性，综合运维要求、设备能力、尺寸等多方面因素，合理选择海上换流站联接变压器容量，保证系统在单台联接变故障退出后仍可持续输送大部分系统功率。

基于直流耗能装置的交流故障穿越设计，利用直流耗能装置实现交流故障穿越，提升运行可靠性，无需增加海上平台造价，陆上电网故障下，海上风电场持续出力，功率盈余可能引发直流过压、风机脱网，直流耗能装置布置于陆上换流站直流侧，故障后迅速吸收盈余功率，精准控制直流电压，是实现远海风电柔直系统交流故障穿越的经济有效的手段。

未来技术经济分析及预期价格，通过技术创新和设备优化，柔直送出部分预计长期价格回落明显，国内海上风电柔性直流处于起步阶段，目前仅江苏如东工程在施工中，从设备制造、平台搭建、电缆研制等方面都未形成规模和竞争效益，未来几年价格回落预计有限，单位千瓦动态投资在3500元/kW左右。随着海上风电柔直工程的应用推广，设计标准化、设备国产化、市场竞争充分化（主要是海上平台、海缆），单位千瓦动态投资有望降到2500元/kW以下。

最后讲一下远海风电柔性直流送出技术的实践与展望。江苏如东远海风电柔性直流送出工程是我国首个海上风电柔性直流送出工程，目前世界上电压等级最高、输送容量最大的海上风电柔性直流送出工程，承担江苏省南通市如东县东部黄沙洋海域H6、H8、H10三个风电场共1100MW的电力输送，额定直流电压：±400kV；输电距离：99km海缆+9km陆缆。

工程成套设计方案解决了高可靠、紧凑化、轻型化、少维护等特殊设计要求下的系列难题，打破了国外对远海风电并网送出技术的垄断，成为我国远海风电发展的重要里程碑，工程建成投运后，可实现年上网电量33亿千瓦时，满足约135万户家庭年用电量，对于优化能源结构、助推绿色发展和碳中和具有重要意义。

技术展望第一个是开发集约化，资源利用集约化：基于海上风电集中连片统筹规划开发，直流互联、统筹布局直流海缆送出通道、登陆地点、集控中心，通过输电走廊、平台空间等资源的集约化利用，减少用海用地，分摊投资成本。设计标准化：开展柔性直流送出系统的序列标准化顶层设计，实现系统容量、电压等级与规格分级化成熟设备的最优匹配，降低系统设计和设备研发成本。设计设备方案再优化：进一步开展多元化远海风电柔性直流送出设计方案攻关，如基于66kV交流汇集方案取消海上升压站，或基于全直流汇集送出方案省去多余变电环节，低频交流/陆上背靠背技术省去海上换流站为远海风电大规模开发并网提供更简单经济的解决方案。市场参与竞争化：随着远海风电产业的进一步发展，从设备制造、平台搭建、电缆研制等方面形成规模和竞争效益，通过市场充分竞争降低工程单位千瓦动态投资。

未来远海风电新技术——低频输电并网技术，低频输电：输电系统频率低于50Hz，介于工频交流输电与直流输电之间的输电方式。特别适用于远海风电并网、大规模新能源远距离接入、中远距离输电等应用场景，远海风电低频送出系统：由海上风机以低频电能的方式发电，经由海上低频变压器升压汇集，通过海底低频交流电缆传输至岸上，再经交交变频站/背靠背VSC，由变频装置将电能变换至工频，并入电网无需海上直流平台，大大节约工程建设和后期运维成本。国网经研院与西安交大联合开展远海风电低频输电并网技术创新攻关，难点是突破低频系统设计、低频绝缘配合、大容量交流变频器研制、电气设备的低频匹配性设计、低频交流设备标准化等现有技术瓶颈。相比于工频输电系统，能提高输电能力、减小电压波动、降低电缆充电无功。相比于直流输电系统，无需直流断路器，易于变压，具有交流输电系统方便组网的特点。

关键词： 海上风电 直流输电 绝缘配合