一种分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，属于海上风电输送与并网领域。本实用新型专利技术的海上风电直流输电系统包括多个海上风机群、多个海上换流平台、海底直流电缆和岸上逆变器；每个海上风机群的交流汇集母线连接到对应的海上换流平台的交流输入端；多个海上换流平台的直流端依次串联连接，再通过海底直流电缆连接到岸上逆变器的直流端；岸上逆变器的交流端接入陆上交流电网。本实用新型专利技术中各个分布海上换流平台的体积更小，建设难度更低。采用单向电流型模块化多电平换流器实现交直流的功率转换，使海上换流平台的成本更低、紧凑化程度更高。

Offshore wind power DC transmission system with distributed offshore platform in series

The utility model relates to a marine wind power direct current transmission system with a distributed offshore platform in series, which belongs to the field of offshore wind power transmission and grid connection. The offshore wind power HVDC transmission system of the utility model comprises a plurality of offshore wind turbines, a plurality of offshore converter platforms, a submarine DC cable and an onshore inverter; the AC convergence bus of each offshore wind turbine group is connected to the AC input of the corresponding offshore converter platform; and the DC terminals of the offshore converter platforms are connected in series in turn. Then, it is connected to the DC end of the shore inverter through the submarine DC cable, and the AC end of the shore inverter is connected to the land AC grid. The various marine distribution platforms in the utility model have smaller volume and lower construction difficulty. The unidirectional current mode modular multilevel converter is used to realize AC/DC power conversion, which makes the cost of offshore converter platform lower and the degree of compactness higher.

【技术实现步骤摘要】
一种分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统
本技术涉及一种分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，属于海上风电输送与并网领域。
技术介绍
随着风力发电技术的发展和应用，陆上风电开发已经趋于饱和，而海上风电还尚未加以充分利用，具有巨大的开发潜力。海上风电对环境的负面影响较少，风速较为稳定，发电量大，空间广阔，允许风机机组更加大型化，因此海上风电将是未来风电发展的一个趋势。大型风电场电力输送一直是风电发展的瓶颈。由于风力发电一般供电质量不稳定且远离交流主电网，直接接入交流电网的方式可能会给主网带来很多负面的影响。近年来柔性直流输电技术的研究和应用得到了非常快速的发展，已经成为解决这个瓶颈的一种新型的输电方式。海上风电场通常需要通过海底电缆将电力输送到陆地上，交流电缆容易受到充电电流的影响。当海上风电场离岸距离较远时，直流输电就成了唯一可供选择的输电方式。目前海上风电场通过电压源型直流输电接入的系统中，风电的汇集方式与陆上风电一致，各海上风机组所发出的电力通过中压交流的方式汇集于集中的海上换流站平台，经变压器升压后通过电压源换流器将交流转为直流，再通过海底电缆输送到岸上换流站。与陆上风电相比，海上风电场直流输电系统的建设安装及电力传输的技术难度更大，成本更高。这种方式需要新建设汇集能量的海上换流站平台，海上平台需要放置大容量的变压器、换流器及其附属设备，造价仍然较高，并且海上平台的建设难度极大。海上汇集换流平台的成本和建设难度已经成为直流输电在大型海上风电场输送与并网应用中的主要限制因素。另一类的方式是通过串联直流输电的方式将各个海上风机联结起来。在串联直流输电的方式下，每个海上风机分别通过相对小容量的换流器转为直流，各风机组换流器的直流侧串联起来达到直流输电线路的电压水平，通过海底电缆与岸上并网换流站相连。在串联联结的方式下，并不需要将各风机组的电力汇集到一起后再进行功率变换，在海上不需要汇集电力所用的高压大容量的变压器、换流器及附属设备，也就不需要建设造价昂贵的海上汇集换流平台，从而大幅降低海上风电系统的造价。这种方式是以每个单独的海上风机为单元构建串联直流输电系统，但是在海上风机数目较多的情况下将使串联直流输电系统的结构和运行控制都十分复杂。并且，每个风机内部的变压器原副变电压虽然不高，但是变压器原副边隔离电压和对地绝缘电压需要达到整个直流线路的电压等级，使变压器的制造难度、成本和体积等都存在较大的问题。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，针对现有的海上风电直流输电系统海上集中换流平台体积大、造价高和建设难度大，以单台风机为单位的海上风电串联直流输电系统结构复杂、风机内变压器隔离绝缘电压要求高等技术缺点，将集中式海上换流平台改为分布海上换流平台，通过直流串联的方式将分布式换流平台连接在一起。在各个分布海上换流平台中，针对海上风电场功率单向输送的特点，采用单向电流型模块化多电平换流器实现交直流的功率转换，实现低成本和紧凑化的分布海上换流平台。本技术提出的分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，包括多个海上风机群、多个海上换流平台、海底直流电缆和岸上逆变器；多个海上风机群的交流汇集母线分别连接到对应的多个海上换流平台的交流输入端；多个海上换流平台的直流端依次串联连接，再通过海底直流电缆连接到岸上逆变器的直流端；岸上逆变器的交流端接入陆上交流电网。上述分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统中，所述的多个海上风机群，每个海上风机群包括多台风机，多台风机的交流端并联在一起，构成海上风机群的交流汇集母线。上述分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统中，所述的多个海上换流平台中，每个海上换流平台包括交流变压器和单向电流型模块化多电平换流器，交流变压器的原边构成海上换流平台的交流输入端，交流变压器的副边与单向电流型模块化多电平换流器的交流输入端连接。上述分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统中，所述的单向电流型模块化多电平换流器中，每一相包括上桥臂和下桥臂，每个桥臂分别由N个相同的单向电流型子模块级联构成，每一相的上桥臂下端和下桥臂上端各通过一个电感L连接在一起，电感中点成为该相的交流输入端，所有相的上桥臂上端连接在一起成为直流正端，所有相的下桥臂下端连接在一起成为直流负端。其中的单向电流型子模块由第一开关S1、第二开关S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和直流电容C组成；所述的第一开关S1的集电极、第一二极管D3的阴极、第三二极管D3的阳极相互连接后构成单向电流型子模块的第一端子T1；所述的第一开关S1的发射极、第一二极管D1的阳极、第四二极管D4的阳极和直流电容C的负极相互连接；所述的第二开关S2的集电极、第二二极管D2的阴极、第三二极管D3的阴极和直流电容C的正极相互连接；所述的第二开关S2的发射极、第二二极管D2的阳极和第四二极管D4的阴极相互连接构成单向电流型子模块的第二端子T2。本技术提出的分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，其优点是：本技术提出的分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，将集中式海上换流平台改变为分布式海上换流平台，使各个分布海上换流平台的体积更小，建设难度更低。通过直流串联的方式将分布式海上换流平台连接在一起，使海上换流平台的容量和电压等级更为灵活。针对海上风电场功率单向输送的特点，采用单向电流型模块化多电平换流器实现交直流的功率转换，使海上换流平台的成本更低、紧凑化程度更高。附图说明图1是本技术的分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统结构示意图。图2是海上风机群的结构示意图。图3是海上换流平台的结构示意图。图4是图3所示的海上换流平台中的单向电流型模块化多电平换流器的结构示意图。图5是图4所示的单向电流型模块化多电平换流器中的单向电流型子模块的结构示意图。具体实施方式本技术提出的分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，其结构如图1所示，包括多个海上风机群、多个海上换流平台、海底直流电缆和岸上逆变器；多个海上风机群的交流汇集母线分别连接到对应的多个海上换流平台的交流输入端；多个海上换流平台的直流端依次串联连接，再通过海底直流电缆连接到岸上逆变器的直流端；岸上逆变器的交流端接入陆上交流电网。上述分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统中的多个海上风机群中，每个海上风机群的结构如图2所示，包括多台风机，多台风机的交流端并联在一起，构成海上风机群的交流汇集母线。上述分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统中的多个海上换流平台中，每个海上换流平台的结构如图3所示，包括交流变压器和单向电流型模块化多电平换流器，交流变压器的原边构成海上换流平台的交流输入端，交流变压器的副边与单向电流型模块化多电平换流器的交流输入端连接。上述海上换流平台中的单向电流型模块化多电平换流器，其结构如图4所示，每一相包括上桥臂和下桥臂，每个桥臂分别由N个相同的单向电流型子模块级联构成，每一相的上桥臂下端和下桥臂上端各通过一个电感L连接在一起，电感中点成为该相的交流输入端，所有相的上桥臂上端连接在一起成为直流正端，所有相的下桥臂下端连接在一起成为直流负端。其中的单向电流型子模块的结构如图5所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，其特征在于，该海上风电直流输电系统包括多个海上风机群、多个海上换流平台、海底直流电缆和岸上逆变器；多个海上风机群的交流汇集母线分别连接到对应的多个海上换流平台的交流输入端；多个海上换流平台的直流端依次串联连接，再通过海底直流电缆连接到岸上逆变器的直流端；岸上逆变器的交流端接入陆上交流电网。

【技术特征摘要】
1.一种分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，其特征在于，该海上风电直流输电系统包括多个海上风机群、多个海上换流平台、海底直流电缆和岸上逆变器；多个海上风机群的交流汇集母线分别连接到对应的多个海上换流平台的交流输入端；多个海上换流平台的直流端依次串联连接，再通过海底直流电缆连接到岸上逆变器的直流端；岸上逆变器的交流端接入陆上交流电网。2.如权利要求1所述的分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，其特征在于其中所述的多个海上风机群中，每个海上风机群包括多台风机，多台风机的交流端并联在一起，构成海上风机群的交流汇集母线。3.如权利要求1所述的分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，其特征在于其中所述的多个海上换流平台中，每个海上换流平台包括交流变压器和单向电流型模块化多电平换流器，交流变压器的原边构成海上换流平台的交流输入端，交流变压器的副边与单向电流型模块化多电平换流器的交流输入端连接。4.如权利要求3所述的分布式海上平台串联的海上风电直流输电系统，其特征在于其中所述的单向电流型模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋强，杨文博，赵彪，曾嵘，郭高朋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京,11