柔直技术支撑风电走向深远海

大力发展海上风电是我国构建新型电力系统的关键路径。随着海上风电开发向深远海迈进，如何保障电力稳定送出成为重要研究课题。

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截至5月22日，由国网经济技术研究院有限公司（以下简称“国网经研院”）承担成套设计与工程调试的我国首个远海风电经直流送出项目——江苏如东海上风电柔性直流工程（以下简称“如东工程”）已安全稳定运行513天，实现年上网电量约26亿千瓦时，相当于约105万户家庭年用电量，为海上风电深远海大规模开发提供了关键解决方案。

《“十四五”可再生能源发展规划》提出，优化近海海上风电布局，开展深远海海上风电规划。近年来，我国海上风电装机容量持续增长，截至2022年累计装机容量已超3000万千瓦，居全球首位。受生态环境保护、交通航道占用等因素影响，近海风电资源日趋紧张，远海具备更广阔的海域资源和更庞大的风能储量，开发潜力更大。

向深远海挺进，就意味着更远的输电距离，风电大规模并网成了难题。“传统交流传输方式受电缆充电功率限制，仅适用于近海小容量风电并网，而远海大容量海上风电必须采用柔性直流并网技术。”国网经研院直流技术咨询中心主任李明说，在2016年以前，远海风电柔直并网技术仍被国外长期严密封锁，没有任何经验可供借鉴，自主创新是唯一出路。

为攻克该难题，国网经研院组建了远海风电并网技术攻关团队，相继攻克高压大容量远海风电“源—网—直”交互协同、直流系统构建、成套装备研发和工程设计实施等重大技术难题，完成高压大容量远海风电柔性直流系列创新，研发出具有完全自主知识产权的全套技术解决方案。

国网经研院如东工程项目经理赵峥介绍，“源—直—网”交互协同难，主要因为大规模海上风电孤岛柔直受端单线、长距离馈入电网，海上风电场无滤波装置，系统耦合特性复杂、谐波劣化严重。攻克该难题后，可以确保百万千瓦柔直在多故障工况下平稳穿越，同时可有效化解海上风电接入柔直系统的宽频振荡风险。

该团队根据海上柔直环境恶劣、平台空间布局紧张、运维工况复杂的特点，研发出满足高可靠性、强适海性与免维护等需求的柔性直流系统构建技术，在保证系统安全前提下，柔性直流过电压、海上设备空间比国外均降低10%以上，大幅降低了核心设备与海上换流平台的设计制造难度和整体投资水平。

因为缺乏高压大容量直流耗能装置、海上换流阀等适海设备，工程进展受到严重影响。该团队提出了高性能、低成本的海上风电柔直核心设备设计标准和研发技术规范，支撑国内设备制造单位成功研制出世界电压等级最高的直流耗能装置、世界首套轻型化适海型±400千伏换流阀等，直流耗能装置投切电压波动小于3%，成本和尺寸比国外分布式装置均降低30%，海上换流阀尺寸和重量比陆上分别降低15%和10%。

“这些研发成果填补了我国远海风电柔直送出领域技术空白，打破了国外在远海风电柔直并网领域的技术封锁，是我国远海风电发展的重要里程碑。”李明说。

据介绍，如东工程是世界上电压等级最高、输送容量最大的海上风电柔直工程，额定直流电压为±400千伏，额定容量为1100兆瓦，在破解远海风电大规模消纳难题上取得重大技术突破，创造了8项世界第一，对我国大规模远海风电开发建设具有重大示范意义。国网经研院党委书记、执行董事郭铭群表示：“柔性直流具有自主构网、灵活可控等优势，可破解交流送出容量、距离受限难题，是目前百万千瓦、百公里级海上风电并网消纳的最优手段。”

预计2030年，我国远海风电并网规模将超过1亿千瓦。目前，多条远海风电柔直并网工程已进入可行论证阶段，柔直并网技术应用前景非常广阔。但随着我国海上风电从高补贴阶段进入平价上网时代，降低远海风电的开发利用成本成为首要任务，亟待研发轻型紧凑化并网设计技术。

“目前已开发出轻型化主回路设计技术，攻克了‘阻—感—容’暂态特性全局优化设计方法与百微秒级超高速保护协同方法，提出了多路径核心设备功率密度提升技术，使海上平台的尺寸、重量相比如东均降低40%以上，使工程的总体投资水平降低30%以上，可实现柔直成套装备轻型化、海上平台紧凑化、工程投资低量化的整体设计目标，为大规模海上风电安全、可靠、经济送出奠定技术基础。”赵峥介绍。

业内人士表示，柔性直流输电技术因海缆线路输送容量大、损耗小，使用寿命长，输送距离基本不受限制，可有效解决海上风电场大容量、远距离输电问题，对未来我国海上风电集中连片规模化和远海大容量风电开发建设具有重要意义。（经济日报记者 王轶辰 ）