Cite this article：
Pan, E., Yue, B., Li, X.,et al.: ' Integration technology and practice for long-distance offshore wind power in China',Energy Conversion and Economics, 2020, 1, (1), pp. 4-19
中国远海风电并网技术与实践
潘尔生，乐波，厉璇，赵峥，祝全乐
国家能源特高压直流输电工程成套设计研发（实验）中心，
国网经济技术研究院
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研究意义
1）远海风电将成为未来风电发展的重要组成部分。海上风电场具有风速高、风力稳定等优势，并逐渐呈规模化、集群化及远海化发展特点。离岸大于100km、水深超过50m的远海风电将成为未来主流。
2）大容量风电远距离跨海输送是远海风电开发亟须解决的关键技术问题。远海风电并网技术路线和关键技术需进一步研究。柔性直流输电是目前国际上大规模远海风电并网唯一具有工程实践经验的输送方式。
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中国海上风电并网情况概述
1）近年来，中国海上风电产业取得瞩目成绩。政策与标准体系不断完善，并网规模持续增长，海上风电装备快速发展，海上风电成本不断降低，中国海上风电产业在装机规模、成本控制、技术进步及市场份额等方面不断升级发展。截至2019年9月底，我国海上风电累计并网容量503.54万千瓦，位居世界第三。
2）未来，中国远海风电具有广阔的发展前景。根据《中国风电发展路线图2050》报告，我国2050年远海风电装机预计将达4000万千瓦。从中长期规划看，风电场规模持续扩大，深远海域开发趋势明显；装机规模屡创新高，大型化风电机组普遍应用。目前，在建的远海风电并网工程均计划采用海上风电集中连片通过柔性直流方式送出。
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远海风电并网方案及适用性分析
1）交流汇集-交流送出。该方式可分为工频交流送出和低频交流送出。工频交流送出方案具有结构简单、成本低、工程经验丰富等特点，用于远海风电送出时需在海缆中途增设高抗补偿站，远海风电传输容量和距离有限。低频交流送出方案通过降低输电频率，提升海缆输送容量与距离，目前存在一二次装备产业链尚未形成、与工频系统交互影响有待深入研究等问题，但该技术发展前景可期。
2）交流汇集-直流送出。该方式通过交流汇集风电，并通过直流传输至电网。柔性直流送出方案（MMC-HVDC）基于全控型功率器件，具有可接入无源网络、可灵活独立控制有功和无功等特性。该方案避免了交流电缆充电功率造成的输送距离限制，同时能够有效隔离陆上故障对风机输出特性的影响，适用于远海大容量风电接入场景，是目前广泛应用的最成熟方案。
混合直流送出方案（DR-MMC）采用二极管整流器作为海上风场接入直流系统的换流器。该方案兼顾高压大容量与海上平台紧凑化轻型化两方面需求，但面临无法主动建立风场并网电压、谐波含量高等巨大技术挑战，目前尚无实际工程应用。
3）直流汇集-直流送出。该方式和交流汇集-直流送出方式相比，省去风机内部直流到交流的转换，直接接入直流网络汇集并传输至电网。一方面，省去多余的变电环节，降低海上平台载荷；另一方面，用直流电缆取代交流电缆，解决了风场内部无功电压问题。但风机、直流电网技术研发难度较高，尚不具备工程实施条件。
表1远海风电不同并网方式对比
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远海风电柔性直流并网关键技术分析
1）成套设计技术。成套设计是直流工程最核心的顶层设计，贯穿于直流工程的设计、采购、设备制造、试验、施工、调试、验收、运行和技术支持全过程，需要综合考虑工程设计、建设、运行和维护等各方面需求。含多电力电子系统的协调运行技术需研究构建分级协调控制体系，采取适当策略，解决系统谐振、直流功率盈余以及无功协调等问题。控制保护技术需实现直流控制与各系统有机协调配合，构建快速精准保护体系，保障系统及设备安全稳定运行。过电压与绝缘配合技术需解决大规模远海风电通过高压大容量直流系统并网带来的诸多挑战，并综合考虑可靠性和经济性。现场试验技术则需克服海上换流站、海工基地试验条件受限，远海风电场、柔性直流系统、交流电网耦合复杂等困难，保证调试效率和质量。
2）设备制造技术。海上风电设备制造应充分考虑海上湿度、盐度、霉菌、振动等恶劣环境，满足轻型化、紧凑化设计要求，保证可靠性、可用率和易维护性，提高研制新型、关键设备能力。
3）施工安装技术。海上平台安装技术分为浮托法、吊装法和自安装法，需提升其安装吨位。海缆敷设技术分为边敷边埋、先敷后埋两种方法，需提高效率及安全性。
4）运行维护技术。海上换流站运行维护特点包括设备复杂、维护技术要求高，受水文气象条件影响明显，运维成本高等。应研发运维新技术，在保障运维的同时降低成本。
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我国首个远海风电柔直并网工程实践
—某±400kV/1100MW工程
正在江苏省建设的某±400kV柔性直流工程是我国第一个海上风电柔直送出工程，具有重要示范指导意义。工程新建2座换流站，通过约99km海缆和9km陆缆实现远海风电电能送出，传输容量达1100MW，计划于2021年6月投运。该工程接入的三个海上风电场分别通过两回220kV交流海缆汇集于海上换流站，陆上换流站通过一回交流线路馈入500kV交流电网。
图6工程示意图
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研究展望
1）中国具备开发建设远海风电的良好条件。随着中国第一个远海风电柔直并网工程建设，远海风电产业勘测设计水平和施工建设能力日趋成熟，装备能力提升显著，远海风电将展现更加良好的发展势头。
2）远海风电并网技术多样化发展。兼顾远海风电送出的可靠性和经济性，各类并网技术适用于不同的应用场景，需结合工程实际需求，对各方案关键技术问题进行深入研究探索，在方案可行性方面更进一步。
3）柔性直流技术在远海风电并网领域应用前景广阔。中国柔性直流技术相对成熟，在未来远海风电大规模、远距离、高电压、集约化并网领域的应用前景和市场广阔，需进一步加强技术攻关，落实工程化示范应用。
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作者和团队介绍
国网经济技术研究院院长
潘尔生，教授级高级工程师，国网经研院院长，国家能源特高压直流输电工程成套设计研发（实验）中心主任，国家电网公司“电网规划量化评估技术科技攻关团队”带头人。长期从事大电网规划、特高压工程设计、新能源并网等领域的研究和管理工作，在电网发展管理、电力系统分析、电力工程设计等领域具有丰富经验。主持多项特高压科技项目研究工作，荣获省部级和其他奖项20余项，发表论文及著作40余篇。
成套设计研发（实验）中心
国家能源特高压直流输电工程成套设计研发（实验）中心是经国家能源局批准设立的首批16个国家能源研发（实验）中心之一，也是我国直流输电领域研发水平最高、配套设施最先进的直流专业研发实验机构。实验室致力于服务国家直流输电工程的科研、建设及运行，自主研发了世界上功能最全的特高压直流和柔性直流成套设计平台，完成了包括世界上电压等级最高、容量最大的海上风电柔直工程在内的多个世界首项直流工程的成套设计，取得了多项世界领先的科技成果，实现了我国直流输电技术从跟随到引领的转变。
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期刊简介
Energy Conversion and Economics（ECE）是一本由国网经济技术研究院和英国工程技术学会（IET）合作出版的英文国际学术期刊。
（期刊主页：https://wileyonlinelibrary.com/iet-ece）
能源转换与经济
Editors-in-Chief：
(In alphabetical order by surname)
Z.Y. DONG
Guangfu TANG
Fushuan WEN
ISSN：2634-1581
刊期：季刊
创刊时间：2020年
ECE是国际上第一本定位于能源与经济交叉领域的学术期刊。编委会汇集了来自13个国家逾58所国际知名大学和科研机构的世界级研究人员，其中包括中国科学院院士2人、中国工程院院士4人、电气与电子工程师学会会士（IEEE Fellow）15人、英国工程技术学会会士（IET Fellow）8人和加拿大工程院院士、丹麦技术科学院院士、印度国家工程院院士各1人。
期刊通过报道能源与经济交叉领域的重要进展，全面展示该领域最优秀的成果和最新的研究课题，及时呈现能源互联网企业建设的最新进展和丰富实践，以科研创新引领传统电网向能源互联网的转型发展，为国际一流能源互联网咨询机构品牌建设贡献力量。
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