【專家】深遠海風(fēng)電柔直高效送出關(guān)鍵技術(shù)與核心裝備

中國電氣裝備中國電氣裝備中國電氣裝備ChhnaFiecurialquip中國電氣裝備集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司2021年9月中國電氣裝備集團有限公司重組成立，是唯——家千億級電力裝備央企，是國務(wù)院國資委監(jiān)管的國有重要骨干企業(yè)，擁有6家上市公司、16個國家級創(chuàng)新平臺、8個國家級質(zhì)量檢測中心、1個國家工程實驗室、3個院士工作站和4個博士后工作站。中國西電肅團有限公司我們的新定位我們的新定位核心技術(shù)一流|經(jīng)營實力一流I產(chǎn)品服務(wù)一流cEameEtqupnarHararchimu責(zé)任使命：·新技術(shù)策源地·新產(chǎn)品孵化區(qū)·新機制試驗田·新效益增長點發(fā)展目標(biāo)：·全面建成國際領(lǐng)先科技型企業(yè)·技術(shù)實力世界一流·人才團隊世界一流·體制機制世界一流目錄04研究展望CmEuneEqupnarnHrarchInnueafBcarc海上風(fēng)電背景“十四五”末，我國海上風(fēng)電累計裝機容量需預(yù)計達到1億千瓦以上，到2030年累“十四五”末，我國海上風(fēng)電累計裝機容量需預(yù)計達到1億千瓦以上，到2030年累計達2億千瓦以上，到2050年累計不少于10億千瓦。2050年全球海上風(fēng)電累計裝機容量至少達到20億千瓦。我國海上風(fēng)資源70%集中在遠海，大規(guī)模遠海風(fēng)電集中開發(fā)與送出成為趨勢。3009GW可開發(fā)裝機容量歐洲2021-2025年海上風(fēng)電將新增裝機21.8GWamLuiuleEqulonaranrarchiminmeofDcmrcaa7umouy海上風(fēng)電匯集與送出目前海上風(fēng)電送出系統(tǒng)主要包括交流、柔性直流目前海上風(fēng)電送出系統(tǒng)主要包括交流、柔性直流兩類送出方案。交流送出方案主要適用于離岸70km以內(nèi)的應(yīng)用場景；直流送出方案大多適用于70km及以上的應(yīng)用場景。海上風(fēng)電交流送出解決方案海上風(fēng)電柔性直流送出解決方案適用于大規(guī)模、大容量(1000MW到2000MW)中國電氣裝備中國電氣裝備深遠海風(fēng)電柔性直流送出投運時間12345如東工程6陽江青洲五七工程計劃20247汕頭中彭二規(guī)劃中8福建長樂外海規(guī)劃中9汕頭國管海域規(guī)劃中目錄03核心裝備與智能運維04研究展望CmuEeuneEqupnarnlrarchIhuunafbcance深遠海風(fēng)電柔直送出關(guān)鍵技術(shù)口海上風(fēng)電柔直送出系統(tǒng)主要包括海上風(fēng)電場、匯集系統(tǒng)、海上換流平臺、高壓直流海纜、陸上換流站等部分口如何保證大規(guī)模深遠海風(fēng)電柔直系統(tǒng)高效送出與安全穩(wěn)定并網(wǎng)，是亟待解決的重點問題口中國電氣裝備圍繞上述問題開展了風(fēng)場110kV匯集、寬頻振蕩抑制、核心裝備緊湊輕型化設(shè)計及智能運維等關(guān)鍵技術(shù)研究換流變換流變手向部于于1百工換流閥有中中中建roLroL么l匯集海纜高壓直流海纜CmuEeanleEquonamHacarchlunueafBc海上平臺110kV交流匯集66kV海纜容量的1.66倍。在總傳輸容量66kV海纜間隔數(shù)量的60%,節(jié)省30%海海上艷流站風(fēng)機66V海博66kV匯集1綜合對比，在相同工!1程條件下上110kV匯集方案造價比66kv!匯集方案造價低25%,66kV耗材價格高5%左右。CmuBecnteEaupnarnHararchInun海上平臺110kV交流匯集>更緊湊·海上平臺更少的海纜進線、更小的》更可靠·更為成熟的產(chǎn)品與運行經(jīng)驗，保證傳·豐富的技術(shù)積累·專業(yè)的配套產(chǎn)線·先進的專家團隊·豐富的應(yīng)用實例·強大的設(shè)備制造集群中國電氣裝備中國電氣裝備中國電氣裝備集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司CmuEeuneEqupnamHararchunueafBcareardTutmabyyCo.ud寬頻振蕩自適應(yīng)抑制-現(xiàn)狀年站+陽南澳柔直工程一世界首個風(fēng)場經(jīng)多端柔直并網(wǎng)工程高頻振蕩(>1高頻振蕩(>1kHz)中頻振蕩(100~1kHz)0張北話北京站HB風(fēng)電場?？扇鐤|工程一我國首個海風(fēng)柔直井網(wǎng)工程Borwin1如東工程一我國首個海風(fēng)柔直井網(wǎng)工程Borwin1HVDC工程一世界首個海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)工程ChineElecurlcalEqCmueuneEqlpnamHsrarchihumeafBcanea口寬頻振蕩主要有狀態(tài)空間特征值、時域仿真、阻抗建模等分析法，中國電氣裝備聯(lián)合上海交大開展基于阻抗法寬頻振蕩自適應(yīng)抑制技術(shù)攻關(guān)，該成果將應(yīng)用于海外海風(fēng)柔直送出工程(目前在阻抗建模、機理研究方面取得了狀態(tài)空間特征值分析法優(yōu)點：可準確得到參數(shù)變量對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響不足：1)物理意義不清晰；2)復(fù)雜系統(tǒng)時計算量大，求解困難；3)電路拓撲改變時模型需要重構(gòu)，適用性較弱時域仿真分析法優(yōu)點：準確判斷穩(wěn)定狀態(tài)，對分析方法進行檢驗不足：1)不足以揭示振蕩事故的產(chǎn)生機理；2)無法為穩(wěn)定運行控制設(shè)計提供理論指導(dǎo)阻抗分析法優(yōu)點：1)物理意義清晰直觀；2)對于復(fù)雜系統(tǒng)，可通過實測獲取阻抗模型，方便簡潔不足：聚合模型會忽略部分系統(tǒng)動態(tài)信息口阻抗分析法可表征新能源發(fā)電及電力電子裝置在不同頻率小信號擾動下的響應(yīng)特性，適用于復(fù)雜系統(tǒng)下黑箱模型，在新能源并網(wǎng)工程寬頻振蕩領(lǐng)域應(yīng)用廣泛中國電氣裝備中國電氣裝備中國電氣裝備集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司CmuEeaneEqupmarnRsra寬頻振蕩自適應(yīng)抑制-精細化阻抗建模過液器#網(wǎng)點z_T哩塊1Y模塊化多端口頻域阻抗建模步驟正序阻抗l直驅(qū)風(fēng)機阻抗模型驗證口……根據(jù)新能源場站拓撲構(gòu)造阻抗網(wǎng)絡(luò)模型。一一十一逐級進行阻抗模型的串井聯(lián)。z-Z(ZZzZ)新能源場站阻抗網(wǎng)絡(luò)聚合建模CmEEuneEqupnarnHararchinu口針對MMC換流器多諧波特征，提出基于諧波狀態(tài)空間(HSS)的柔直MMC動態(tài)建模方法，寬頻阻抗模型可計及內(nèi)部諧波動態(tài)和所有控制環(huán)節(jié)寬頻振蕩自適應(yīng)抑制-次/超同步振蕩機理風(fēng)電場海上陸上海上互聯(lián)系統(tǒng)風(fēng)場畫諾頓等效戴維南等效海上風(fēng)電場柔直送端換流站◆√√次/超同步頻段主導(dǎo)因素：chinsEketicalEqulomecttpnhahiaathTdnosy寬頻振蕩自適應(yīng)抑制-中/高頻振蕩機理結(jié)論◆結(jié)論◆中/高頻段主導(dǎo)因素：阻尼如如融0PCC電流PCC電流(A)PCC電壓(KV)電壓電流波形有功無功波形08s時增大相道時o-100E一有動功年一無動動牢海上高功率密度柔直換流閥關(guān)鍵技術(shù)11、子模塊容值對動態(tài)換流特性的影響規(guī)律1、子模塊容值對動態(tài)換流特性的影響規(guī)律子律口事等體通(直子模塊額定電壓、傳輸功率等對電容波動率影響不同工況對子模塊容值需求規(guī)律NO子律口事等體通(直子模塊額定電壓、傳輸功率等對電容波動率影響不同工況對子模塊容值需求規(guī)律NO環(huán)流抑制、開關(guān)頻率優(yōu)化等策略對電容波動率影響不同容值與子模塊額定電壓對取能電源上電影響100WWWW開關(guān)頻率優(yōu)化策略使能不同額定電壓下啟動時間不同中國電氣裝備集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 2、基于橋臂主動環(huán)流注入的電容參數(shù)優(yōu)化設(shè)計c電民t"221+.aaa3、低容值下電壓波動平抑控制策略3、低容值下電壓波動平抑控制策略CC28300200502.01002010202002025020300"2.00002.00502019020150202002.0250203002.03502.2002.0501102015021020502050203502閥側(cè)電壓波形對比無三次諧波注入下波形圖三次諧波注入下波形圖口橋臂電流有效值和電容電壓波動率均有大幅降低，電容電壓波口橋臂電流有效值和電容電壓波動率均有大幅降低，電容電壓波動率降低1.5%,橋臂電流降低9%02|柔直送出關(guān)鍵技術(shù)目錄海上風(fēng)電核心裝備塔筒變壓器換流閥耗能裝置高壓變壓器電抗器套管避雷器避雷器海纜塔筒GIS控保系統(tǒng)塔筒GISottpnnhahiaathTdnosy風(fēng)電項目中國電氣裝備集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司口率先研制了國內(nèi)首臺套±210/±350/±550千伏直流GIS,并通過了長期帶電考核、適海性C5-H級防腐、海洋9級抗震驗證及國家級鑒定，技術(shù)水平處于國際領(lǐng)先。72.5kV/252kV低頻GIS應(yīng)用于世界首個高壓大容量低頻換頻站一亭山和中埠換頻站。40.5kV低頻開關(guān)柜應(yīng)用于國內(nèi)首個示范站——浙江臺州柔性低頻輸電工程平臺柔直換流閥產(chǎn)品入選"2021年度能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備項目"口依托國家重點研發(fā)計劃課題“海上柔性直流高功率密度換流閥關(guān)鍵技術(shù)及裝置研制”,結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計方計，其中閥塔長度方向優(yōu)于目標(biāo)值18.8%,重量優(yōu)于目標(biāo)值5%閥組件效果圖閥組件效果圖完整閥塔效果圖中國電氣裝備中國電氣裝備總投資30億元口掌握220kV海纜軟接頭導(dǎo)體焊接、絕緣擠出硫化等關(guān)鍵制備工藝，實現(xiàn)通過仿真對工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計真三t擠出過程流體軌跡中國電氣裝備中國電氣裝備集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司智能運維GIS變壓器、GIS變壓器、水下機器人(ROV)中國電氣裝備cnutechneEiprsmherhinameatbcenTucn關(guān)鍵裝備：智慧GIS控制器控制器王"王"252kV智慧GIS系統(tǒng)架構(gòu)圖監(jiān)測系統(tǒng)戶外長期帶電運行測試行程傳感器彈國壓力傳&線圈電流傳感器252kVGIS狀態(tài)全面感知中國電氣裝備chinsEkcticalEqulomecuBetneEpprsmaerchinauteafbeeneTcnoby關(guān)鍵裝備：智慧GIS口GIS數(shù)字孿生系統(tǒng)可實現(xiàn)設(shè)備全生命周期數(shù)字化管理，依托現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與數(shù)字孿生體分析，提供產(chǎn)品故障分析、壽命預(yù)測、遠程管理等增值服務(wù)，提升用戶體驗，降低運維成本應(yīng)用層模型層數(shù)據(jù)層距離準確掌握設(shè)備狀態(tài)、實現(xiàn)預(yù)測預(yù)警、精準刻畫故障發(fā)展過程、預(yù)測設(shè)備壽命的目標(biāo)存在較大強度大。尚末實現(xiàn)數(shù)字和物理模型融合,監(jiān)盤顯示不直觀，缺乏有效的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、評估模型、故障診斷模型以及相關(guān)業(yè)務(wù)模型等。未能實現(xiàn)開關(guān)設(shè)備全狀態(tài)感知；數(shù)據(jù)存儲的類型和格式各異，而且數(shù)據(jù)無法共享，難以綜合各類監(jiān)測數(shù)據(jù)對設(shè)備運行狀態(tài)進行綜合評價和診斷預(yù)警。設(shè)備全景視頻監(jiān)控多維信息呈現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)分析設(shè)備故障診斷運檢業(yè)務(wù)管理設(shè)備資產(chǎn)管理知識技能培訓(xùn)多維信息呈現(xiàn)全景視頻監(jiān)控多維信息呈現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)分析設(shè)備診斷分析關(guān)鍵裝備：數(shù)字化換流閥口以換流閥智能運維為目標(biāo)，梳理實際業(yè)務(wù)需求，依托實際工程積累的運行數(shù)據(jù)，綜合知識圖譜、機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)處理模型，對換流閥運行狀態(tài)綜合分析，實現(xiàn)換流閥“可觀、可測、可控”,保障設(shè)備可靠和作業(yè)人員安全測安全檢測模型以提取聲紋教據(jù)多倒數(shù)4SNE降至2-維四類人工智能服務(wù)組件構(gòu)建·如何進行傳感量測單元最優(yōu)化部署?·有限測量的多源數(shù)據(jù)多元特征感知?·數(shù)據(jù)-模型如何混合驅(qū)動?關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)研究海上換流閥全景感知量測單元融合與最優(yōu)部署方法研究海上換流閥多源數(shù)據(jù)治理技術(shù)研究海上換流閥全景感知、故障診斷、主動預(yù)警技術(shù)口基于人工智能圖像識別技術(shù)，針對海上風(fēng)電閥廳的違章作業(yè)行為、水冷系統(tǒng)漏水、閥塔紅外讀數(shù)等進行智能檢測，研發(fā)柔直閥智能感知分析系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)可知、人員作業(yè)行為可觀閥廳設(shè)備-人員-環(huán)境自動檢測(安全帽+安全帶+閥塔污穢+漏水…)品品視顧基于YOLOv9網(wǎng)絡(luò)微調(diào)極調(diào)練模缺陷檢酒、作業(yè)安全模型紅外識別圖像紅外識別圖像檢測模型文本檢測結(jié)果文本識別結(jié)果模型微調(diào)OCR紅外數(shù)字識別··基于保護裁剪、MixUp等技術(shù)擴增數(shù)據(jù)集，對于缺陷數(shù)據(jù)使用GAN、Diffusion等進行樣本擴充·利用預(yù)訓(xùn)練YOLOv9模型在安全作業(yè)數(shù)據(jù)集和缺陷檢測數(shù)據(jù)集上分別訓(xùn)練檢測模型，調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)率、損失的數(shù)、優(yōu)化策路等調(diào)優(yōu)·雙階段OCR算法進行紅外識別。第一階段，訓(xùn)練EAST、DB等文本檢測網(wǎng)絡(luò)定位數(shù)字的位置，第二階段，利用基于CTC或者基于注意力的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)將數(shù)字序列轉(zhuǎn)換成文本關(guān)鍵技術(shù)中國電氣裝備集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司數(shù)字化換流閥---聲紋識別組件(2)實時a提取多倒參數(shù)葉PCA降至5-10維她t-5NI降至2-3維sSSVM分類模型盤顏是否正常否標(biāo)記深存t-SNE降至2-3維PCA陳至5-10維s聲音去噪關(guān)鍵技術(shù)中國電氣裝備中國電氣裝備中國電氣裝備集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司chutEbmhamaaTcmosy數(shù)字化換流閥---虛擬Al助手組件(3)實體發(fā)現(xiàn)和關(guān)系抽取實體發(fā)現(xiàn)和關(guān)系抽取BiLSTM實體消歧抽取關(guān)聯(lián)實體關(guān)系知識演進網(wǎng)絡(luò)嵌入邏輯回歸知識圖譜應(yīng)用研究知識抽取知識表示巨元組知識分布數(shù)據(jù)庫智能回答模塊單位單位故障部位檢修文檔控制措施換流站數(shù)字化換流閥---故障診斷與主動預(yù)警組件(4)異常診斷模型構(gòu)建異常診斷模型構(gòu)建子模塊電氣量歷提取異常相關(guān)電氣量電氣量預(yù)測模型訓(xùn)練[開歷史在線測時問積西存在開基于預(yù)測殘差的故障預(yù)測方法關(guān)鍵技術(shù)子模塊異常診斷輸入子模塊在線相關(guān)·歸納得到7種子模塊故障，設(shè)計迭代查