国网智能电网研究院陆振纲：海上风电柔性低频交流送出技术及未来应用前景

“海上风电走向深远海，海上输电系统占到成本的比例也随之增加，大规模海上风能的高效汇集和经济送出，也是助力海上风电平价的关键之一。

目前主流的海上风电汇集送出技术主要有工频交流输电和柔性直流输电两种，柔性低频交流输电是我国原创突破的一种新型高效经济的交流输电技术，是工频交流与直流输电的有益补充，可提升输电能力、柔性控制与灵活组网。通过交交换流器与风电机组的无功电压协同优化控制，可以进一步提升海缆利用率和系统稳定性。我国目前已经对海风柔性低频典型方案和关键装备开展了广泛的研究和示范应用，技术日渐成熟。面向未来大规模海上风电开发送出需求，柔性低频可多端/跨电压组网送出，通道输电利用率和送出系统可靠性更高，过载能力强、故障率低，在50-170km范围内更具有经济性。”

6月8-9日，由北极星电力网、北极星风力发电网主办的“迎风向海，迈入深蓝——第三届海上风电创新发展大会”成功召开，国网智能电网研究院电力电子研究所柔性输电装备室主任陆振纲在大会上分享了《海上风电柔性低频交流送出系统典型方案及无功电压控制技术》。

发言整理如下：

国网智能电网研究院有限公司是国家四家电网公司直属科研单位之一，国网前沿技术创新中心和先进装备研发中心。承担了“十四五”国家重点研发计划“柔性低频输电关键技术”和国网几乎全部低频输电项目。2022年初，中标德国BorWin6海风柔直送出工程，这是我们国家柔直技术首次打入国际市场。

我今天的分享以下几个方面：

海上风电主要送出方式

随着向深远海走近之后，海上输电系统占到成本的比例也会增加，所以我们认为大规模海上风能的高效汇集和经济送出，也是助力海上风电平价的关键之一。

现在主流的海上风电汇集送出技术主要分两种：

1.工频交流输电

技术成熟、成本低，是国内外近海风电场的主要送出方式，但是：

海缆对地电容相对较大，充电无功大，限制有功传输，随着距离/容量提升，须配置无功补偿；

随着输电距离/容量提升，可能出现两端电流超出海缆允许载流量或线路中段电压超限；

采用海上、岸上两端无功补偿时，输电距离在150km内，输电功率受海缆线路载流约束，超出150km线路输电功率受电压超限约束；

随着风场容量增大，电压等级提高，充电无功呈平方关系快速增加。

2.柔性直流输电

柔性直流输电是解决海上风电远距离公平送出的新技术方案之一，直流海缆造价低且无充电无功问题。

但是有两个不足：

一是柔性直流海上换流平台（尤其是深海平台）造价昂贵。随着水深增加，换流平台造价快速上升；二是海上换流站元器件多、结构复杂、抗扰性差，其可靠性低于电磁元件，同时受海上可达到性差、台风等不利海况因素，运维成本高、难度大。

针对这些问题，我们近些年也在研究新型的输电技术，如柔性低频交流输电。该技术是借助电力电子技术变换优选低于50Hz频率，以提升电网输送容量和柔性调控能力，是一种新型高效经济的交流输电技术。

其优势在于：线路阻抗小，线路压降和充电功率小，电缆载流量高，可显著提升输电距离与容量；具备交流易多端跨电压组网的优势，并且新能源可直接输出低频电能，无需海上换流站；采用电压源型换流器，实现频率变换同时，有功、无功可四象限运行，具备类似柔性直流输电的柔性调控能力，如潮流灵活调节、无功补偿、电压动态支撑等。

在输电能力与输电距离上，采用20Hz的单回低频海缆，200km内220kV/330kV可送出300MW~650MW，500kV可送出1.2GW左右，满足海风单场送出需求。

柔性调控方面，柔性交交变频器向工/低频系统补偿无功，进一步平抑系统无功和电压波动；电压调节功能，实现工频/低频电压解耦，放宽线路电压降约束；实现电网跨区异步互联，解决功角稳定问题，进一步提升系统稳定性。

而且，柔性低频交流输电技术具备交流系统交变过零的特点，可通过传统的交流断路器进行开断；可通过电磁变压器实现电压等级变换及电气隔离，具备交流灵活组网的优势。

重要的是，600-800MW内采用220kV低频输电与±250kV/±400kV柔性直流输电海缆线路数一致，由于直流海缆造价低于220kV交流海缆，两者等价经济距离大于250km；800MW-1200MW内，220kV低频输电须采用三回交流线路送出，±400kV柔性直流输电则采用两路直流线路，两者等价经济距离为170km；采用330kV低频送出等价距离可进一步提升。

未来大规模海风开发的基础上，柔性低频送电在可靠性和经济性上更好。

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