自“双碳”目标提出以来，我国大力推动可再生能源发展海上风电装机容量持续增长，累计装机容量居世界首位，预计2030年我国远海风电并网规模将超过1亿千瓦。
许继聚焦绿色能源的开发，坚持创新发展，为海上风电送出系统整体解决方案，服务海上风电开发建设。
深远海上风电送出系统整体解决方案
-海上风电柔性直流送出系统方案
随着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，未来开发潜力更大。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适合采用柔性直流并网技术。
海上风电柔性直流送出系统具有以下技术优势：
- 直流送出不存在海缆充电功率限制问题，输送距离远；
- 直流线路的经济性优于交流线路；
- 柔性换流器能够独立控制交流电压，可满足远海风电孤岛系统的黑启动和稳态运行；
- 具有一定的无功功率补偿能力，海上风电场无需额外配置无功补偿装置；
- 柔直换流器采用自关断器件，无换相失败风险；
- 当陆上交流系统发生故障时，系统能有效隔离故障。
作为功率传输的通道，海上风电柔性直流送出系统连接于海上风电场汇集点与陆上交流并网点之间，由送端海上柔直换流站、直流线路和受端陆上柔直换流站组成。送端换流站将风电场发出的交流电变换为高压直流然后经过直流海缆送出，再经过陆上换流站逆变为交流电，送入交流主网。
海上风电柔性直流送出系统拓扑
海上风电柔性直流送出系统的核心设备包括：
柔性直流输电换流阀
海上风电柔直换流阀是海上风电柔直送出系统的核心装备，其功能主要其主要作用是实现交流和直流的相互转换，在送端由换流阀将交流电转换为直流电，在受端由换流阀将直流电转换为交流电。海上风电柔直换流阀主要由换流阀本体和阀控设备2大部分构成，许继电气依托柔性直流换流阀研发基础和大功率电力电子装备研发经验，针对海上平台的高功率密度要求、高防护等级要求、维护检修便利要求和高可靠性要求等，自主研发了适用于海上平台用的海上风电柔直换流阀，满足深远海风电大容量并网需求。许继海上送端柔直换流阀已成功应用于三峡如东海上风电柔直工程，是我国首个海上平台柔直换流阀。
01 柔直换流阀阀塔结构模型
02 如东海上风电工程送端换流站海上平台
03 如东海上风电工程送端柔直换流阀
04 如东海上风电工程送端柔直换流阀
05 如东海上风电工程送端柔直换流阀
直流控制保护系统
许继电气海上风电柔直控制保护系统采用成熟可靠的DPS系列直流控制保护系统实现，该系统基于许继电气在高压直流输电领域长期的技术积累和工程经验，已成功应用于常规特高压和分层接入特高压直流工程、常规高压和超高压直流工程、常规多端柔性直流工程、背靠背柔性直流工程、直流配电网工程等。新一代控制保护系统采用紧凑化的设计方案，针对海上风电柔直送出、特高压直流、多端直流电网以及柔性直流输电等工程应用的更高技术要求开发，具有强大的运算能力和整体性能，可以用于构建各种类型的直流输电工程的控制保护系统，并具备向其它高端工业控制领域应用扩展的能力。
01 海上风电柔直送出控制保护系统
02 基于阻抗分析的宽频域谐波抑制技术
03 直流控制保护与风电场之间协调控制
04 一体化监控界面
05 “一键顺控”等智能运维界面
直流耗能装置
直流耗能装置的作用是在发生受端交流故障时，泄放风电场送出的盈余功率，避免直流输电线路电压升高从而危及系统安全，是保障海上风电柔直送出系统安全稳定运行的核心设备。直流耗能装置存在直流开断技术难度大、投退时功率冲击大的技术难点。许继自主研发的集中式直流耗能装置于2021年12月通过中国机械工业联合会的技术鉴定，整体技术水平达到国际领先。该产品已成功应用于三峡如东海上风电柔直工程，也是我国首台套直流耗能装置。
01 集中式直流耗能装置拓扑方案
02 如东工程直流耗能阀
03 如东工程直流耗能电阻塔
测量设备
测量设备是直流送出系统中重要的一次设备，为系统的控制和保护提供准确可靠的测量信息，其运行的可靠性和测量的准确性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行，同时也为系统故障时的分析判断提供依据。在海上风电柔性直流送出系统的应用中，测量设备正在朝着紧凑化、轻量化、智能化以及高抗震性、耐腐蚀性等方向发展。许继目前已具备海上风电柔直换流站用全光纤电流互感器、直流电压分压器、交流电子式电压互感器的自主研发、生产试验及工程供货的能力。
01 全光纤电流互感器户外正立悬吊、安装和户内倒立悬吊安装图
02 海上风电柔直海上换流站测量设备典型配置图
03海上风电柔直陆上换流站测量设备典型配置图
除上述核心一、二次设备外，许继电气在海上风电柔性直流送出系统中的产业链还包括GIS设备、主变压器、风机变、开关柜等，产品覆盖齐全，具备海上风电送出工程的系统方案设计和核心设备供货能力。
远海风电柔性直流送出系统的关键难点在于具有经济性、高可靠性、轻型化和紧凑化的核心装备研制；同时具有经济优势的新型送出系统也将是未来技术的重点发展方向。
海上风电经二极管阀送出系统
二极管阀具有导通损耗小、成本低、体积小、重量小和可靠性高等特点，近年来成为新型低成本直流送出技术的研究热点，但直接将二极管阀作为功率送端会面临无法实现风电场黑启动和无法为孤岛电站提供稳态运行所需交流电压的问题。
许继电气提出了一种具有自主知识产权的海上风电经DRU-MMC送出系统，该系统由风电场与汇集系统、送端DRU、静止无功补偿器（SVG）、直流输电线路、受端MMC等主要部分组成，并在送端配置黑启动辅助装置（柴油机+小容量AC/DC/AC电压源换流器）。
启动时，通过黑启动辅助装置（发动柴油机，经过VSC控制交流电压）建立交流电压对SVG进行充电；充电完成后，由SVG接管交流电压控制，黑启动辅助装置转为功率控制来补偿SVG的损耗；通过SVG建立的交流电压，实现风电场的黑启动。
风电场正常发电时，送端的SVG除了补偿风电场交流汇集系统和送端DRU运行所需的无功功率外，还基于自身的功率均衡（模块电压）情况来调节交流电压幅值，使功率经过DRU转直流送出。
本方案不仅解决了海上风电场直接经DRU送出时所面临的缺少风机运行所需的交流电源和无法黑启动的技术瓶颈，还省去了DRU所需的占地庞大的交流滤波器组，成本和占地均大幅缩小，具有很好的经济性、实用性和扩展性。
海上风电经低频送出系统
交流线路的充电无功与线路的距离成正比，通过陆上交交变频站降低传输线路频率，从而降低输电线缆的无功功率，可提升交流送出的输送容量与距离。
许继电气已完全掌握基于M3C矩阵变换器的低频输电系统的关键技术，实现了M3C换流阀的研制与应用、低频输电控制保护的研制与应用，形成多项自主知识产权，为海上风电低频送出系统的工程建设奠定坚实的基础。
01 低频输电M3C变频阀
02 低频输电M3C变频阀
许继电气具有深厚的直流输电技术研究积淀及丰富的工程实践经验，已攻克远海风电柔性直流核心装备关键技术并实现工程示范应用，具备海上风电送出工程的系统方案设计和核心设备供货能力，为海上风电的开发建设展奠定了坚实的装备技术基础。
来源：许继电气
