海上风电柔性直流输电系统先进控制技术
海上风电发展与需求
- 全球发展现状：2022年全球海上风电新增装机量8.8GW，总装机容量64.3GW，预计未来十年将新增380GW。欧洲和中国是主要市场，中国新增装机量CAGR 31%，欧洲28%。
- 发展趋势：海上风电向远海发展（离岸距离80km-200km），单机容量和风电场规模增大（平均规模从300MW增至800MW）。
- 并网方式：交流并网为主流（技术成熟、成本低），但传输容量有限；直流输电技术经济性更优，适用于远海风电（无需无功补偿，隔离故障）。
- 中国柔直工程：如东（1100MW，±400kV，100km）和阳江青洲（2000MW，±500kV，92km）。
- 德国柔直工程：BorWin1（首个，±150kV/400MW）至BorWin6（±320kV/1030MW），8条在建工程。
构网型主动支撑技术
- 需求：传统跟网型柔直控制无法对陆上电网提供快速自发支撑，需突破柔性直流-海上风电协同构网型控制技术。
- 技术挑战：BorWin6工程需在有限储能下实现源网协同惯性支撑，并完全呈电压源特性，保障暂态电流应力。
- 整体架构：基于直流电压虚拟同步的“无电流内环”构网型控制策略，实现全工况“电压源”运行特性，实现源网协同惯性支撑和快速限流。
- 陆上换流站策略：建立“直流电压”与“构网频率”耦合关系，实现“内源型”自发惯性支撑。
- 海上换流站策略：构建基于直流电压信号传递的海上风场频率映射，柔直换流器主动调节海上侧频率，风机通过快速响应频率变化调动惯量储备。
- 故障限流技术：采用“虚拟阻抗预测+电流反馈动态阻抗”限流方法，快速增大构网控制等效电压源阻抗，将过电流限制在设备耐受范围。
性能对比
- 惯性/频率支撑：“构网型”控制自发提供有功支撑，等效惯性时间常数H从0.04s~10s；“跟网型”控制不提供有功响应。
- 电压支撑：“构网型”控制自发提供无功支撑，电压幅值不突变；“跟网型”控制无功支撑能力较小。
- 适应强弱电网：“构网型”控制直接生成频率、电压参考值，弱电网适应性较好；“跟网型”控制存在弱电网失稳风险。
- 故障穿越：“构网型”和“跟网型”控制均能实现故障穿越，但“构网型”控制需采用虚拟阻抗策略。
- 谐波阻抗：“构网型”控制阻抗特性优于“跟网型”控制，在100-2500Hz频段无负阻尼特性。
自适应谐振抑制技术
- 宽频振荡问题：海上风电接入柔直系统存在谐波阻抗多变，与柔直阻抗交互易诱发宽频振荡。
- 现状：BorWin1（250~350Hz振荡）、SylWin1（250Hz、350Hz振荡）、张北工程（320Hz~3550Hz振荡）均通过增加有源阻尼等方式抑制。
- 技术要求：开展100-2500Hz谐波稳定性分析，开发5000Hz内振荡的自适应抑制策略。
- 整体方案：基于在线检测的自适应振荡抑制技术，快速提取振荡分量，通过有源阻尼控制实施抑制，并自适应调节。
- 硬件在环验证：已研发基于MMC的自适应振荡抑制策略，初步实现特定次振荡的激发与闭环抑制。
