柔性直流技术是一种以电压源换流器为核心的新型直流输电技术,可向无源电网供电,具备黑启动、有功无功独立控制等特点。
海上柔直电力系统包括多组海上风电场、海上柔直换流站、高压直流电缆、陆上换流站,经交流线路最终接入交流电网。
国内江苏如东已投产的海上风电柔直工程已于2021年底正式投运,包括正在建设中的阳江青洲五六七海上风电电压等级±500kV与汕头中澎二海上风电电压等级±320kV,标志着我国已具备深远海风电开发建设与装备配套能力。
当前,海上风电采用柔性直流系统接入大都采取以下两种方式,即方式一,风电场接入升压站,经海上换流站输入岸上系统;方式二,风电场直接接入海上换流站,经海上换流站接入岸上系统。
海上柔直换流站配置的大型设备包括:换流阀、换流变压器、桥臂电抗器、交直流GIS与换流阀冷却设备等。
此外,二次及辅助设备包括:交直流控制保护设备、站用电设备、应急发电设备、空调系统、换流阀检修车、海水冷却设备、海上应急设备及污水处理设备等。
据了解,如东柔直工程主设备研发聚集了国内一流技术创新和装备制造单位:直流海缆由中天科技提供,海上换流阀由许继电气提供,海上换流变由特变电工提供,电抗器由北京电力设备提供,成套组合电气及站用电系统由新东北电气提供,陆、海换流站主设备特殊性试验及站调试工作分别由江苏电科院、华北电科院承担。
为充分发挥标准化工作与科技创新和工程示范应用的联动作用,国家能源局于2019年下达了《海上风电场 直流接入电力系统用换流器技术规范》等海上风电关键设备标准制修订计划项目,经一年左右时间,2021年4月26日,NB/T 10646-2021《海上风电场 直流接入电力系统用换流器 技术规范》正式发布,并于2021年10月26日正式实施。
海上风电的接入对于换流器的拓扑结构、运行特性和控制方式都带来了新的要求,海上直流输电接入对于换流器的体积、重量、造价、建设难度和维护有极高的要求。
为了确保海上风电场直流接入电力系统的换流器的合理设计、质控生产、日常使用和维护工作,开展了NB/T 10646-2021《海上风电场 直流接入电力系统用换流器 技术规范》标准制定工作,该标准规定了电压源型换流器的使用条件、参数及额定值、技术要求等内容。
使用条件方面:温度范围为10℃-50℃,以及包括盐雾、霉菌、振动等环境影响,同时,提出了阀厅气压保持微正压的有关要求。
技术要求方面:明确了结构外观、电气结构、设计要求、电压和功率控制、动态性能、监控功能、保护功能、电磁兼容等方面内容。
结构外观:耐腐蚀金属材料、防霉绝缘材料、IP等级(IP23)、防腐等级、防霉性能、抗震要求。
电气结构:满足GB/T 34139-2017《柔性直流输电换流器技术规范》中关于模块化多电平换流器标准组件、阀组件、阀塔、阀、桥臂、相单元、换流器的技术规定。
设计要求:包括运行方式、主接线方案、拓扑结构、接口、参数选择、控制和保护、冷却方式、辅助系统、换流阀安装方式、维护等设计内容。
电压和功率控制:公共连接点交流电压控制、功率和直流电压控制、黑启动功能。
动态性能:交流系统抗扰类型、直流系统故障类型、无功支撑能力、耐受能力。
标准技术内容依据柔性直流输电换流器、以及风力发电设备的设计和现场运行经验而提出,解决了目前国内外尚无此类技术标准的问题,促进远距离大容量海上风电直流接入技术的发展。