規模化海上風電并網風險運行分析與解決建議

歐昌岑，彭韻

（1.南方電網廣東中山供電局，廣東 中山 528400；2.南方電網廣東韶關供電局，廣東 韶關 512000）

隨著廣東省對海上風電發展頂層設計的落實及一批激勵政策的出臺，海上風電運營開發企業、風機制造企業在廣東省各地全面加快布局，海上風電全產業鏈雛形初現。由于海上風電屬于間歇性電源，出力受風速影響較大，大規模接入電網場景下，對電網安全穩定運行將帶來新挑戰。

1 規模化海上風電并網帶來的安全風險及原因分析

1.1 間歇性、波動性、隨機性及反調峰特性對電網的影響

海上風電具有間歇性、波動性與隨機性，粵東、粵西局部海域大規模海上風電出力同源突變，將給系統的電力平衡、斷面控制，以及頻率控制等帶來挑戰。同時海上風電具有明顯的反調峰特性，海上風電季節、晝夜出力特性差異較大，根據歷史數據分析和對比，冬大夏小和夜大晝小的特性顯著，出現反調峰的程度和概率高于陸上風電，經過測算，廣東省海上風電的反調峰深度在夏季約為22%、冬季約為30%。

1.2 對電力系統慣量、頻率及阻尼的影響

規模化海上風電接入將弱化電力系統慣量和頻率支撐能力。由于海上風電機組采用電力電子變流器控制模式，機組側控制算法與電網頻率解耦控制，且近似無物理慣量，與常規機組不同，無法響應受端系統頻率變化，從而導致對電力系統慣量與頻率支撐能力大幅下降，電力系統抗干擾能不足，無法支撐擾動對系統頻率的沖擊。同時海上風電項目一般無阻尼控制，由于傳統低頻振蕩的影響與新能源場站的接入地點與方式有關，規模海上風電集中接入可能引入次同步振蕩與高頻諧振的問題。

1.3 對電力系統電壓穩定的影響

海上風電項目典型接線特點為場站分離（海上風電項目、陸上集控站），風電機組與場內無功補償裝置分區布置，對具有分層分區控制特性的無功電壓帶來挑戰。同時海上風電項目送出海纜與集控站到對側匯集站的線路距離過長，而海上風電項目升壓站的短路容量偏小，電壓靈敏性較高，加之長距離海纜的容升效應明顯，對海上風電機組的動態電壓控制的穩定性產生較大負面影響。

1.4 引發寬頻振蕩等穩定問題

規模海上風電接入系統引發的寬頻振蕩（低頻振蕩+高頻振蕩）問題是安全風險防范重點難點，新版電力系統安全穩定導則已表述，當海上風電接入短路容量不足的電網或近區有常規直流整流站或柔性直流換流站的情況，可能引發電力系統寬頻振蕩。

1.5 高比例海上風電場景下系統安全風險將愈發凸顯

常規海上風電機組不具備一次調頻和慣量，當前廣東省內外受電力接近三分之一的背景下，遠景規劃海上風電繼續大規模替代常規機組，電力系統的穩定裕度和抗擾動能力進一步弱化，惡化系統頻率特性，同時海上風電頻率、電壓適應能力不足，加之大規模通過長距離電纜集中并網，可到誘發高頻諧振和次同步振蕩風險，造成海上風電大面積脫網。

1.6 海上風電有效裝機替代率低，對系統貢獻度不足

根據廣東省內投運海上風電場生產監測數據，出力特性季節、晝夜差異大，冬大夏小和夜大晝小特點顯著，海上風電項目反調峰概率60%左右，反調峰系數夏季22%左右、冬季30%左右。海上風電項目出力短時波動大，電網在預留運行備用時需充分考慮其波動性，即上限需考慮海上風電出力驟降，下限需考慮海上風電出力驟增時系統的調峰空間，同時受廣東低谷負荷增長緩慢、核電和熱電聯產等新投產機組調峰能力不足、汛期西電棄水壓力大等因素影響，系統調峰措施已不足，隨著海上風電規模進一步增長，進一步擠占常規可調節能源運行空間的同時，需要更多常規機組作為海上風電備用，電力設備運行效能降低。

1.7 海上風電涉網性能不足，普遍存在安全隱患缺陷

部分海上風電運營企業由于采用低價中標方式，設備存在質量缺陷和批次性缺陷現象，且部分海上風電項目為享受較高的上網電價，存在“搶建搶并”導致施工工藝不良問題，投運后項目有功功率控制、無功電壓支撐能力和電能質量不滿足電網安全標準要求，機組集群常規控制和緊急控制性能低下，存在發電設備故障率高，帶缺陷運行情況。同時，由于海上風電機組數量多，分散廣、維護檢修不足，隱性缺陷問題凸顯。

1.8 海上風電海域內過往商船、漁船管理存在較大困難，影響項目正常運行

調研工作中發現，現階段廣東開發的海上風電項目均處于近海海域內，“三無”漁船較多且未配備船舶自動識別系統（AIS），難以監督確認是否遵守海上交通安全要求，尤其是捕魚及養殖旺季，大量漁船活動于海上風電項目附近海域，若在項目域內拖網、張網捕撈作業或發生事故性拋錨，極可能破壞海底電纜，影響項目并網運。

2 解決措施及建議

保障海上風電并網運行安全必須圍繞優化調控運行和機組/場站安全管理能力兩個重點，符合特點、有的放矢、分類施策，堅持創新思路、機制和方法，舉電力行業之力，進一步加大對廣東海上風電在調度運行、接納能力、安全管控、支撐能力、應急救援等方面的研究投入力度，深化海上風電并網運行安全管理，為促進電力結構高質量轉型、保障系統安全穩定運行提供可靠支撐。

2.1 海上風電項目全過程支撐技術

項目優化設計方面。海上風電項目接入電網方案設計以中長期電力規劃為基礎，從實際出發，遵循分層、分區、分散接入的原則，依據《海上風電項目接入系統設計技術規范》要求，海上風電項目接入系統方案根據規劃容量、送電距離、接入條件、電網運行要求和承受能力等因素確定，并綜合考慮電氣計算和技術經濟性。目前，裝機規模10萬kW以上且距岸距離大于15 km的風電場設置交流海上升壓站。同時隨著海上風電項目離岸距離增加和規模增大，單場站規模超過50萬kW、距離超過50 km，可采用直流或交流輸電方案。

調度自動化配置方面。（1）按照“遠動信息的采集和傳送應直采直送”的原則設計海上風電項目遠動系統方案，確保遠動信息的實時性和可靠性。遠動裝置的配置結合項目電力監控系統統一配置，目前采用雙遠動工作站，且均配置與廣東電網中調/備調能量管理系統和地調/備調能量管理系統通信，將項目實時遠動信息傳送至調度主站。（2）硬性配置風電功率預測系統，根據《風電場接入電網技術規定》要求，配置風電功率預測預報系統，且技術性能滿足《風電功率預測系統功能規范》及電網企業技術要求。（3）規范化部署保護和自動化系統，統一要求配置發電計劃、網絡發令、繼電保護及安全自動裝置，統一和主站端互聯，并可實施緊急控制，嚴格按照局部電網結構和技術要求核定保護參數。

柔性直流送出方面。海上風電項目柔性直流送出是當前國內遠海風電場的前沿應用，廣東省電力企業已具備柔性直流輸電工程設計能力，特別是中能建廣東設計院正在開展百萬kW級海上柔性直流輸電平臺研發、深遠海大規模風電直流集中送出工程應用方案研究等項目研發，初步具備海上風電柔性直流送出能力。

海上風電統一試驗場建設方面。為有效解決海上風電項目機組并網試驗檢測手段不足問題，廣東電網新建海上風電統一試驗場，初步采用“1+N”方案，“1”是指珠海桂山海上風電試驗場，滿足當前海上風電的認證、檢測、研發的需求；“N”是指在粵東、粵西等海上風電密集開發地區，增加試驗點，以適應未來更多機型、更大容量的檢測需求。

2.2 海上風電機組全過程支撐能力

明陽、東汽海上風電機組具備電網適應性、電能質量、高/低電壓穿越能力測試，適應海上風電占比提升對電網支撐能力需求，開發應用機組一次調頻功能，并網運行時區別于常規風電機組，具備一次調頻支撐能力。

2.3 加快構建海上風電并網安全運行標準化體系

建議在海上風電并網安全運行標準化體系建設方面給予政策扶持，推動制定一批海上風電基礎性、實用性、前沿性的標準，支持海上風電的調度運行控制、機組/場站并網支撐能力、應急能力、接入電力系統仿真驗證等標準的立項，充分發揮標準的規范、引領作用，解決目前海上風電在運行，特別是安全管理領域無章可循的難題。

2.4 深化海上風電項目涉網安全管理制度

建議加強對各級電力調度機構的工作指導，進一步明確電力調度機構的技術監督職責，建立海上風電涉網安全管理監督工作機制，深入推進海上風電項目涉網安全管理工作，完善涵蓋海上風電機組支撐特性、場站支撐性能、功率預測、保護、安穩、網絡安全等全環節的涉網安全管理要求，建立相應的問題解決機制和風險約束機制。

2.5 統籌開展海上風電規劃開發，提高海洋資源利用效能

建議從省級層面統籌開展海上風電規劃開發，統一部署，加強單位間協同，提高海洋資源綜合利用能力：（1）統一開展前期觀測及海上集中送出方式、海纜路由規劃、接入系統論證、軍事影響評估等前期規劃研究工作，統一對接相關單位，充分發揮協同優勢，共同推進項目前期開發和工程建設進度；（2）研究出臺專屬經濟區海上風電開發建設相關政策，促進海上風電產業高質量可持續發展。

2.6 加大海上風電基礎性研究扶持力度

建議以優化海上風電調控運行和電源支撐能力為重點，加大課題支持力度，降低企業稅率或設立科學基金，支持海上風電技術研究單位，從基礎前沿、關鍵共性技術到應用示范進行全過程創新設計、一體化組織，推動海上風電柔性直流送出、虛擬同步發電機、大容量抗臺型機組等前沿技術應用示范。

3 結束語

海上風電具有資源豐富、發電利用小時高、不占用土地和適宜大規模開發的特點。大力發展海上風電，是響應國家構建以新能源為主體的新型電力系統有力支撐。建議政府相關部門以優化海上風電調控運行和電源支撐能力為重點，加大課題支持力度，通過降低企業稅率或設立科學基金等方式，支持海上風電技術研究單位，從基礎前沿、關鍵共性技術到應用示范進行全過程創新設計、一體化組織，推動海上風電柔性直流送出、虛擬同步發電機、大容量抗臺型機組等前沿技術應用示范。