一种适用于远海风电直流汇集送出换流阀的拓扑及其技术经济性分析

观点凝练

（文章来源：中国电力）

摘要：高压直流送出技术是大规模、远距离海上风电开发的重要手段，送出换流阀是其核心装备。基于模块化多电平换流器(MMC)的交流汇集送出换流阀存在成本高、体积和重量大等问题，海上平台工程建设成本高，而基于直流变压器(DCT)的直流汇集送出换流阀有望解决这一问题。首先，通过分析直流汇集送出换流阀的技术特征和可行的拓扑结构，明确了采用容性能量转移型直流变压器(CET-DCT)构成直流汇集送出换流阀，具有成本低、体积和重量小、效率高等特点。然后，进一步将CET-DCT拓扑改进为适用于工程应用的双极拓扑，介绍了所提拓扑的基本工作原理，并搭建了仿真模型和实验平台，仿真结果和实验结果充分验证了拓扑的可行性。最后，与基于MMC的交流汇集送出换流阀拓扑综合对比表明，基于CET-DCT的直流汇集送出换流阀技术经济性更好。

结论：本文针对远海风电高压直流送出方式的直流汇集送出换流阀的可行性和技术经济性进行了研究，得到如下结论。

（1）通过分析直流汇集送出换流阀的技术特征和可行的拓扑结构，明确了采用CET-DCT作为直流汇集送出换流阀的拓扑较为合适，并将其改进为更适用于工程应用的双极拓扑，通过仿真和实验验证了其可行性。

（2）基于CET-DCT的直流汇集送出换流阀所需的总IGBT器件数量更少，同时采用低成本的二极管和晶闸管器件，总半导体器件成本较低，且无需交流变压器，相较于交流汇集送出换流阀，总成本有望降低50%。

（3）基于CET-DCT的直流汇集送出换流阀的总电容储能需求是基于MMC的交流汇集送出换流阀的一半，且无需体积和重量大的交流变压器，体积和重量将减少50%以上，海上平台工程建设成本也有望降低。

（4）基于CET-DCT的直流汇集送出换流阀的拓扑运行效率高于基于MMC的交流汇集送出换流阀。

因此，基于CET-DCT的直流汇集送出换流阀在成本、体积重量和效率方面均优于基于MMC的交流汇集送出换流阀，且能够降低海上平台工程建设的成本，在大规模、远距离海上风电高压直流送出场景下具有更好的应用前景。

引文信息

廖修谱, 周全, 李磊, 等. 一种适用于远海风电直流汇集送出换流阀的拓扑及其技术经济性分析[J]. 中国电力, 2022, 55(6): 118-127.LIAO Xiupu, ZHOU Quan, LI Lei, et al. A feasible topology of dc collection valve for long-distance offshore wind farms and cost-effective analysis[J]. Electric Power, 2022, 55(6): 118-127.