1. 研究目的与意义
编制科学合理的新能源并网标准、建立完善的技术标准体系对于进一步推动我国新能源开发利用，实现“碳达峰碳中和”目标起着关键性作用，是促进新能源产业发展的核心基础要素之一。柔性直流输电是一种以电压源换流器(VSC)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型直流输电技术。该技术具有可向无源网络供电、能实现输电系统有功功率和无功功率的独立控制、无需额外增加无功补偿设备等优点，符合海上风力发电场长距离输电的要求，成为海上风电场联网的首选技术。海上风电具有风力资源稳定性强、年利用小时数高等特点，随着海上风电机组大型化、投资规模扩大以及建设成本下降。
2. 课题关键问题和重难点
本课题任务是对海上风电柔性直流输电的变流技术进行研究。通过分析风力发电的基本原理，简单介绍三种常用风力发电机的特点;研究高压交流输电、常规高压直流输电和柔性直流输电三种海上风电并网传输方案的特点和性能，初步确立了三种方案在海上风电并网传输工程中的适用范围。在分析VSC拓扑结构的基础上，结合海上风电场的特点，选择将三相三桥臂VSC作为柔性直流输电装置的主电路结构。早期海上风电场并网普遍采用交流联网方式，存在如下缺陷: (1)要求风电场和电网的频率--致。 (2)电网出现故障后会影响风电场运行(3)需要增加大量无功补偿器。(4)需要防止交流电缆和输电线路之间产生谐振现象。 (5)输电电缆投资费用高，且电缆能最损失大。
3. 国内外研究现状（文献综述）
随着世界经济的发展，化石能源日益短缺，能源问题日益成为世界性问题。能源紧缺和环境污染等问题日益严峻，国内外大力开发风能等可再生能源。近些年，风电装机容量快速增长。目前已投运的风电场绝大部分是陆上风场,但由于陆上风电场存在用地矛盾、噪声污染等问题， 且陆上优良场址已逐渐开发完毕，风电的开发正向海上转移。随着海上风电场规模和离岸距离的增长,传统的交流并网方案在经济和技术上存在瓶颈，国内外学者开始寻求新的海上风电场并网方案。而柔性直流输电具有独特的技术优势，符合海上风电场长距离输电的要求，是一种较为理想的海上风电场并网方案。以下是国内外发展现状的分析。
国外柔性直流海上风电项目国外海上风电柔性直流输电工程主要集中在德国北海海域,计划建设4个海上风电场群,分别为Borkum1#65380;Borkum2#65380;Helgoland和Sylt#65377;目前,德国已有多个投入运行和在建的大规模海上风电柔性直流输电工程#65377;这些工程的电压等级大多为320kV.表1中:DolWin1是电压等级达到320kV的海风柔直输电工程;DolWin5是计划不通过海上升压站,66kV风电场直接接入海上换流站的海风柔直输电工程#65377;
国内柔性直流海上风电项目中国海上风电柔性直流输电的发展相较国外起步较晚#65377;2019年7月,国内开始多个海上风电柔性直流输电项目的建设,包括江苏如东项目(亚洲首个海上风电柔性直流输电项目)#65380;江苏射阳项目等#65377;2021年11月7日15时8分,三峡能源江苏如东H6#65380;H10海上风电项目(简称如东项目)的2座海上升压站倒送电成功#65377;这标志着如东项目柔直输电工程的送电工作全部完成#65377;该工程为采用柔性直流输电的海上风电项目,位于如东东部黄沙洋海域,离岸直线距离50km,水深9~22m#65377;规划总装机容量为1100MW,共安装225台4MW#65380;40台5MW风机(H6#65380;H10风电场各100台4MW风机,H8风电场25台4MW#65380;40台5MW风机),并配套建设3座220kV海上升压站#65380;1座海上换流站与陆上换流站(换流器#65380;换流变压设备,换流电抗设备等)#65377;全场投运后,所有风机产生的电能在收集之后通过海上升压站升压,并由2回路220kV交流海缆输送至海上换流站#65377;海上换流站汇集电能后,再转换为直流电,由1回路400kV直流电缆输送至陆上换流站,最终逆变为交流电接入江苏电网#65377;
4. 研究方案
由于海上风电场远离陆地，并网时就近接入的电网都比较弱，所以海上风电的并网传输方式直接影响著其开发和利用的性能。基于电压源变流器(VSC) 的柔性直流输电技术作为一种新型的性能优越的并网传输技术，符合海上风力发电的特点，能够完成其并网传输。研究工作主要内容包括以下几点:
(1)了解海上风力发电的一些关键技术, 包括海上风机、基座以及设备防腐等技术，对柔性直流输电的产生、发展现状，在风力发电输电I程中应用实例以及对柔性直流输电的性能特点进行分析。
(2)分析风力发电的基本原理和三种常用风力发电机的特点;研究高压交流输电(HVAC)、 常规高压直流输电(LCC-HVDC)和柔性直流输电(HVDC-Flexible) 三种海上风电并网传输方案的特点和性能。
5. 工作计划
第一周 阅读文献第二周 翻译外文文献第三周 撰写开题报告第四周 研究海上风电的发展现状第五周 研究海上风电柔性直流输电的数学模型第六周 研究海上风电柔性直流输电的数学模型第七周 研究海上风电柔性直流输电的数学模型第八周 研究海上风电柔性直流输电的数学模型第九周 仿真分析第十周 仿真分析第十一周撰写论文第十二周撰写论文，答辩
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