科创中国

大规模海上风电友好消纳存在四大难题：①海洋气象决定的风电出力随机复杂，接入电网约束要求多，源网规划高度非线性，协调优化难；②受端电网负荷波动大，需海上风电频繁参与调峰调频，但传统依赖变桨的控制难以满足风机安全运行需要；③受端电网电源类型多，特性差异大，出力相互制约，协同运行难；④海上风机多大于5MW、塔筒内空间受限、环境高湿高盐，研发高功率密度、高可靠的大功率并网变流装备难度大。

依托国家863计划、国家自然基金等，历时八年联合攻关，突破千万千瓦级海上风电接入规划、调峰调频、源网协同控制、并网变流装备等关键技术，并实现应用。主要创新如下：

①首创大规模海上风电与受端电网联合规划技术。提出基于中长期海上风电出力预测的全时序生产模拟技术，较现有规划风电消纳能力超8%；创建计及海上换流站与升压站送出特性的归一化比较法，首次确立工频交流与柔直的分界距离60-70千米，被列入我国中远海风电接入设计原则。

②发明海上风电“机-场”协同的调频调峰支撑技术。创新风机变速-变桨湍流场景适配的深度调频控制方法，变桨频度降低45%；提出滚动优化和反馈修正组合的风电场双时间尺度有功控制方法，风机功率优化分配周期缩短至秒级。

③攻克千万千瓦级海上风电与受端电网协同控制技术。发明全局决策-时空互补的多电源优化调度技术，解决多类型电源与风电耦合的电网转动惯量监测与稳控决策、异常工况潮流疏散难题。开发应用场网协同运行控制系统，实现场网优化运行与紧急控制，支撑装机超过1200万千瓦的海上风电基地全额消纳。

④研发大容量紧凑型海上风机并网变流系列装备。提出IGCT多并联功率模块调制级全局优化技术，突破功率单元开关频率及消谐元件容量互为约束难题；发明盐雾凝露主动防御技术，攻克海洋环境变流器长期可靠运行难题；研制5-13MW海上变流器，功率密度达659kW/m3，业界最高，打破国外垄断。

获授权发明专利26项；发表SCI/EI论文12篇；出版专著2部；发布国家及行业标准8项。韩英铎院士领衔的鉴定委员会认为：项目整体达到国际领先水平。成果应用于江苏、广东、福建等海上风电基地，近三年累计消纳海上风电580亿千瓦时，减少碳排放5783万吨。研发的海上风电系列变流装备占我国已投运海上风电85%以上，直接经济效益16亿元。解决了我国千万千瓦级海上风电友好并网、可靠消纳及关键装备国产化难题，有力推动能源转型绿色低碳发展。

通过项目研发，在大规模海上风电并网消纳的源网协同规划、风电调频调峰支撑、源网协调运行及并网变流装置等关键指标均优于国内外最高水平。

①项目提出的海上风电源网协调规划技术，在福建福清、江苏南通等海上风电场的接入方案设计中得到应用，实现了如东H4#（容量400MW、离岸76.5km）、H7#海上风电场（容量400MW、离岸88.7km）与接入电网的联合优化规划，节约接入投资成本约2亿元。

②项目提出的海上风机变桨-变速控制技术在金风系列海上风机中得到应用，提升了风机对电网的调峰调频支撑能力，解决了风机频繁调节需求与机构疲劳损伤相互制约的难题，降低了风机运维需求。

③项目研发的大容量高功率密度变流装备在禾望电气实现量产，功率密度659kW/m3，技术指标国际领先，解决了长期依赖进口的难题，降低了海上风电开发建设成本。

④项目开发的海上风电“场-网协同控制系统”应用于华东电力调控分中心、江苏电力调控中心、龙源等海上风电场，实现了海上风电与受端电网的协同控制，提升了海上风电消纳能力，保障了受端电网安全稳定运行。

⑤本项目研发的金风GW系列海上风电机组出口应用至南美阿根廷Helios风电场，稳定性好、故障率低、对电网支撑性强。

项目整体成果可应用于金风科技系列海上风机、禾望等厂商海上系列风电变流器，并在江苏、广东、福建等海上风电场可取得应用。研制了5～13MW海上变流器，功率密度业界最高659kW/m3，打破了海上风电并网变流装备国外垄断，实现高性能低价格量产，降低我国海上风电开发成本，项目整体实现了海上风电并网技术、调峰调支撑和场网协同运行，支撑海上风电与电网的友好并网和消纳，具有广泛的应用前景。

技术攻关团队依托国网海上风电并网技术实验室，开展海上风电组网及规划、接入运行控制、柔性并网潮流控制、新型并网与实验检测等关键技术攻关，实验室现有在职人员30人，包括国网首席专家1人，享受国务院特殊津贴专家1名、江苏省333高层次人才1名、有突出贡献青年专家1名国网公司专业领军人才6名、国网公司优秀技术专家后备人才2名。研究人员专业涵盖电气、新能源、电力电子等，覆盖新研究方向各专业领域。实验室还与国内外多所大学和研究机构建立了交流机制，为实验室开展新技术研究应用提供理论技术支撑。在资质支撑方面，实验室在动模试验、风电场动态无功补偿性能测试、低穿性能检测多个方面获得中国合格评定国家认可委员会的CNAS资质认证，并有多人获得了风电场并网现场检测许可证书。近3年来，团队共承担各类科技项目20余项，其中中挪合作项目1项，省自然基金1项、国家重点实验室基金2项，国网科技项目8项，省公司科技项目10余项；团队获得各类奖项19项，其中省部级科技奖项14项、省公司级科技奖项5项；团队承担或参与国际标准2项，国家、行业和企业标准8项。

（1）经济效益：

①完成单位经济效益计算的相关说明：新增销售额根据深圳市禾望电气股份有限公司2020年、2021年的销售及应用统计累加获得，合计106162.17万元。新增利润合计50559.7万元。

②其他应用单位经济效益计算的相关说明：根据国电南瑞南京控制系统有限公司、江苏金风科技有限公司等项目成果推广应用单位提供的2020年、2021年应用证明列出的经济效益和利润累加获得。新增销售额合计42543.62万元，新增利润合计7425.94万元。

③近两年总计新增销售额148705.79万元，新增利润57985.64万元。

（2）社会效益：

①提升能源利用效率：项目形成的海上风电友好并网与高效消纳的整体解决方案，实现了超过1200万千瓦海上风电全额消纳。以华能和龙源江苏海上风电场为例，近三年应用本项目成果提升海上风电消纳电量6.4亿千瓦时，简介经济效益3.6亿元。

②实现技术国际领先：取得一系列发明专利、高水平学术论文，形成了具有自主知识产权的技术及系列产品，极大提升了我国海上风电并网运行控制领域的影响力，实现了海上风电高效消纳技术的国际领先。

③助力双碳战略落地：打破了海上风电并网变流装备国外垄断，实现高性能低价格量产，降低我国海上风电开发成本，支撑我国快速成长为风电强国，助力“碳达峰、碳中和”战略的落地。

本项目团队涵盖产学研用，依托江苏海上风电工程中心开展联合技术攻关，技术成果由团队的产业单位-金风科技、禾望电气直接应用于自有产品中，市场占有率高，经济社会效益价值大。可通过技术入股等模式与我国海上风电设备厂家、风机变流器厂家进行合作，实现本项目成果更大范围的推广应用。