國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院-海上風(fēng)電行業(yè)：海上風(fēng)電柔性直流輸電系統(tǒng)先進(jìn)控制技術(shù)

海上風(fēng)電柔性直流輸電系統(tǒng)海上風(fēng)電柔性直流輸電系統(tǒng)先進(jìn)控制技術(shù)2023年11月25日匯報(bào)提綱匯報(bào)提綱三四海上風(fēng)電發(fā)展與需求構(gòu)網(wǎng)型主動(dòng)支撐技術(shù)11海上風(fēng)電發(fā)展與需求22■2022年全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)量8.8GW,總裝機(jī)容量已達(dá)64.3GW;■全球風(fēng)能協(xié)會(huì)(GWEC)預(yù)計(jì)未來(lái)十年全球?qū)⑿略龊Ｉ巷L(fēng)電裝機(jī)量達(dá)380GW。334■隨著近海風(fēng)電資源開(kāi)發(fā)逐漸飽和，海上風(fēng)電正在向遠(yuǎn)海發(fā)展，比如歐洲新建海上風(fēng)電場(chǎng)從離岸距離從60km區(qū)域以?xún)?nèi)向80km-200km區(qū)域增加；■海上風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量也逐漸增大，平均規(guī)模從2010年的300MW增長(zhǎng)至2020年的800MW?！狝verageturbinecapacity海上風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)5海上風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)5■直流輸電技術(shù)隨著輸電距離和傳輸容量的增加，經(jīng)濟(jì)性較交流輸電技術(shù)更優(yōu)；■交流并網(wǎng)仍為主流并網(wǎng)方式，已有超25%的海上風(fēng)電通過(guò)柔性直流接入歐洲大陸電網(wǎng)，這一比例將隨著遠(yuǎn)海風(fēng)電的規(guī)?；_(kāi)發(fā)進(jìn)一步增加。66■江蘇如東海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程于2021年11月并網(wǎng)發(fā)電，風(fēng)電場(chǎng)總?cè)萘?100MW,電壓等級(jí)■德國(guó)2010年建成世界第一個(gè)海風(fēng)柔直工程BorWin1,已投運(yùn)9條海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程，直■國(guó)網(wǎng)智研院團(tuán)隊(duì)于2022年中標(biāo)BorWin6海上風(fēng)電柔直并EPC工程，計(jì)劃2027投運(yùn)。序號(hào)投運(yùn)時(shí)間特點(diǎn)1234567898BorWin6工程概況8■BorWin6工程容量1030MW,直流電壓±320kV,輸電距離235公里，其中直流海纜長(zhǎng)度約190公里，直流陸纜長(zhǎng)度約45公里，是德國(guó)TenneT在北海最后一個(gè)采用320kV電壓等級(jí)工程容量：1030MW輸電距離：235km竣工時(shí)間：2027年德國(guó)德國(guó)Borwin6工程示意圖OO■■BorWin6工程風(fēng)電場(chǎng)位于德國(guó)北海NOR-7-2區(qū)域，水深38米，風(fēng)電場(chǎng)由Vattenfall開(kāi)發(fā)559BorWinBorWin6海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃示意(2016年)■■BorWin6工程通過(guò)陸上Büttel(比特爾)換流站，接入380kV交流主網(wǎng)，與HelWin1、=←←===■海上風(fēng)場(chǎng)和柔直系統(tǒng)的諧波阻抗隨運(yùn)行狀態(tài)變化而變化，諧波振蕩“頻發(fā)且多變”,傳風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)變5第二部分第二部分Parttwo構(gòu)網(wǎng)型主動(dòng)支撐技術(shù)柔直構(gòu)網(wǎng)康保柔直構(gòu)網(wǎng)康保f=50HZ=50HZ主電網(wǎng)1柔直有功支撐包絡(luò)線(xiàn)要求(電網(wǎng)頻率下降)1■BorWin6工程要求柔性直流采用構(gòu)網(wǎng)型控制，在各種工況下呈現(xiàn)向電網(wǎng)呈現(xiàn)“電壓源”特性，柔直+風(fēng)機(jī)有功支撐包絡(luò)線(xiàn)要求(電網(wǎng)頻率下降)。柔直+風(fēng)機(jī)有功支撐包絡(luò)線(xiàn)要求(電網(wǎng)頻率下降)。有功功率有功功率協(xié)調(diào)海上風(fēng)電場(chǎng)站與柔性直流系統(tǒng)的源網(wǎng)協(xié)同慣性支撐有功功率有功功率協(xié)調(diào)海上風(fēng)電場(chǎng)站與柔性直流系統(tǒng)的源網(wǎng)協(xié)同慣性支撐■柔直的自身儲(chǔ)能有限，需要構(gòu)建風(fēng)機(jī)-柔直-電網(wǎng)的全鏈條耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的有功協(xié)同支■在任何工況下完全呈電壓源特性，即頻率、電壓各種擾動(dòng)下，換流器內(nèi)電勢(shì)表現(xiàn)“暫態(tài)不構(gòu)網(wǎng)型控制故障電流抑制示意構(gòu)網(wǎng)型控制故障電流抑制示意■為突破上述難題，提出了基于直流電壓虛擬同步的“無(wú)電流內(nèi)環(huán)”構(gòu)網(wǎng)型控制策略，實(shí)陸上站-海上站-風(fēng)機(jī)”全鏈條的慣性協(xié)同控制A*G**Q無(wú)“電壓環(huán)+電流內(nèi)環(huán)“無(wú)“電壓環(huán)+電流內(nèi)環(huán)”無(wú)“電壓環(huán)+電流內(nèi)環(huán)“無(wú)“電壓環(huán)+電流內(nèi)環(huán)”陸上站極控雙閉環(huán)■建立“頻率偏差-直流電壓偏差”,將岸上頻率信息傳遞至海上側(cè)，使其感知電網(wǎng)擾動(dòng)。不“突變”UconQQ模塊QQ模塊控制陸上換流站構(gòu)網(wǎng)原理陸上換流站構(gòu)網(wǎng)原理海上二、構(gòu)網(wǎng)型控制-海上換流站策略海上■海上站采用直流電壓-頻率耦合的孤島構(gòu)網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)“海風(fēng)-柔直”協(xié)同慣量支撐：■構(gòu)建基于直流電壓信號(hào)傳遞的海上風(fēng)場(chǎng)頻率映射，柔直換流器主動(dòng)調(diào)節(jié)海上側(cè)頻率，風(fēng)機(jī)■柔直系統(tǒng)通過(guò)吸納、傳遞風(fēng)機(jī)提供的任意大小瞬時(shí)能量，以適應(yīng)不同風(fēng)機(jī)類(lèi)型(跟網(wǎng)或構(gòu)網(wǎng))與運(yùn)行狀態(tài)，提供有功支撐。fwr海上換流站(無(wú)內(nèi)環(huán)電流控制)VBC電流限制電流限制**控制等效電壓源阻抗，將過(guò)電流限制至設(shè)備耐受范圍以?xún)?nèi)。BByy/■“跟網(wǎng)型”控制通過(guò)鎖相環(huán)PLL快速跟蹤電網(wǎng)相角/頻率變化，不自發(fā)提供有功支撐?！皹?gòu)網(wǎng)型”控制相角、頻率不突變，自發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的慣性支持，同時(shí)自適應(yīng)調(diào)整確保不過(guò)流，等效慣性時(shí)間常數(shù)H從0.04s~10s(取決于柔直儲(chǔ)能和風(fēng)機(jī)慣量)。電網(wǎng)頻率變化下有功響應(yīng)的對(duì)比電網(wǎng)頻率變化下有功響應(yīng)的對(duì)比電網(wǎng)相角跳變有功響應(yīng)的對(duì)比電網(wǎng)相角跳變有功響應(yīng)的對(duì)比“構(gòu)網(wǎng)型”控制同樣在定無(wú)功模式下，電壓幅值不突變，自發(fā)提供對(duì)電網(wǎng)無(wú)功支撐?！皹?gòu)網(wǎng)型”控制直接生成頻率、電壓參考值，弱電網(wǎng)適應(yīng)性較好?！雠c傳統(tǒng)跟網(wǎng)型控制換流器阻抗特性相比，沒(méi)有鎖相環(huán)PLL并采用單環(huán)控制結(jié)構(gòu)，在100-第三部分Partthree自適應(yīng)諧振抑制技術(shù)■海上風(fēng)電■海上風(fēng)電接入柔直是典型全電力電子系統(tǒng)，電力電子控制復(fù)雜、響應(yīng)快，控制器參數(shù)、■海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行方式復(fù)雜，諧波阻抗多變■世界首個(gè)海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程BorWin1(兩電平拓?fù)?于2013年發(fā)250~350Hz振蕩，導(dǎo)致海上換流平臺(tái)濾波電容燒毀，工程停運(yùn)長(zhǎng)達(dá)數(shù)月之久，該工程后續(xù)通過(guò)增加柔直換流器振蕩頻段阻尼實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。V二V■西門(mén)子于2018年公開(kāi)報(bào)道了德國(guó)海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程SylWin1(MMC拓?fù)?,在控制，將以上兩個(gè)頻率處諧波降低50%。SylwinSylwin1工程250Hz/350Hz振蕩抑制■國(guó)內(nèi)張北工程、如東工程在調(diào)試階段出現(xiàn)320Hz~3550Hz振蕩，通過(guò)采用限制系統(tǒng)運(yùn)行方式、調(diào)整換流器控制參數(shù)、控制模式切換以及增加固定振蕩頻率有源阻尼等方式進(jìn)行抑制。張北工程振蕩抑制試驗(yàn)波形張北工程振蕩抑制試驗(yàn)波形如東工程高頻振蕩抑制后試驗(yàn)波形如東工程高頻振蕩抑制后試驗(yàn)波形(電壓前饋比例諧振控制)區(qū)間為100-2500Hz;■針對(duì)BorWin6工程振蕩自適應(yīng)抑制要求，開(kāi)發(fā)了基于在線(xiàn)檢測(cè)的自適應(yīng)振蕩抑制技術(shù)，在2個(gè)基波周期內(nèi)，快速提取交流電壓、電流的振蕩分量，通過(guò)有源阻尼控制實(shí)施抑制，并根基波分量是否滿(mǎn)足要求443k到人風(fēng)M因用通性射的…到人風(fēng)M因用通性射的……i1:?1:w葉0有■所研制的自適應(yīng)振蕩抑制裝置，通過(guò)獨(dú)立測(cè)量、抑制并與換流器控制保護(hù)系統(tǒng)接口，不影響原有控保裝備，已在湖北廣水能量路由器工程中實(shí)現(xiàn)首次掛網(wǎng)，正在開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。永十1回能量十里變1號(hào)110kV母線(xiàn)風(fēng)電4號(hào)儲(chǔ)能3號(hào)儲(chǔ)能7oVaK析析-@@謠控T第四部分第四部分Part