一种混合式海上风场变流器拓扑结构及其使用方法技术

本申请公开了一种混合式海上风场变流器拓扑结构及其使用方法，二极管整流器的交流侧与风场内网电连接，二极管整流器的直流侧与高压直流输电线一端电连接；并联换流器包括电力电子变压器，电力电子变压器的交流侧与风场内网输出变压器电连接，电力电子变压器的直流侧第一输出端连接半桥模块串的第一端，半桥模块串的第二端和电力电子变压器的直流侧第二输出端通过LC滤波电路与所述高压直流输电线另一端电连接。可以大幅降低拓扑结构成本，能够在风场启动阶段主动建立风场内网电压，提供风风场的启动功率，实现风场的黑启动。电力电子变压器能在风场稳定发送阶段提供无功补偿与谐波电流补偿，改善了基于二极管整流器系统的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种混合式海上风场变流器拓扑结构及其使用方法
本申请涉及柔性直流输电设备
，具体涉及一种混合式海上风场变流器拓扑结构及其使用方法。
技术介绍
已有柔性直流工程中采用的电压源换流器结构主要有三种，包括两电平拓扑结构、三电平拓扑结构和模块化多电平拓扑结构。两电平和三电平结构由于输出电平书较少，输出电压波形较差，必须采用高频PWM来改善输出电压波形的质量，对开关器件的开关一致性和均压性能提出了很高的要求，随着串联器件的个数的增加，上述问题越发严重，因而难以在高压柔性直流输电领域推广。目前高压柔性直流输电技术以模块化多电平拓扑结构为核心，模块化多电平换流器采用若干子模块构建大容量高压直流换流器，具有制造简单、波形质量好、损耗低优点，现已有多个采用模块化多电平换流器技术的海上风场输电工程成功投入运行，但随着电压等级的提升，所用器件数量增多，体积庞大，并且子模块电容电压的均衡控制以及各桥臂之间的环流控制难度增加，换流器成本增加。对于海上风场的直流输电系统，海上平台建设成本较高，导致系统成本成倍增加。由于风场在稳态运行时仅仅输出功率，二极管整流拓扑结构成本较低，无需控制，可以大幅度减少成本、体积及重量，但单纯采用二极管整流会带来一系列问题，首先，二极管整流器无法自主建立风场内网的电压；其次，在风电机组启动阶段需要一定的返回功率，二极管整流结构没有逆变功能，不能满足风场黑启动要求；另外，二极管整流器会带来大量电流谐波，并且没有办法为风场提供无功补偿。
技术实现思路
本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：第一方面，本申请实施例提供了一种混合式海上风场变流器拓扑结构，包括：二极管整流器和并联换流器，所述二极管整流器的交流侧与风场内网电连接，所述二极管整流器的直流侧与高压直流输电线一端电连接；所述并联换流器包括电力电子变压器，所述电力电子变压器的交流侧与风场内网输出变压器电连接，所述电力电子变压器的直流侧第一输出端连接半桥模块串的第一端，半桥模块串的第二端和所述电力电子变压器的直流侧第二输出端通过LC滤波电路与所述高压直流输电线另一端电连接。采用上述实现方式，可以大幅降低拓扑结构成本，能够在风场启动阶段主动建立风场内网电压，提供风风场的启动功率，实现风场的黑启动。电力电子变压器能在风场稳定发送阶段提供无功补偿与谐波电流补偿，改善了基于二极管整流器系统的性能。结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述电子电力变压器包括：输送单元和隔离单元，所述输送单元的第一端与所述风场内网输出变压器电连接，所述输送单元的第二端与所述隔离单元的第一端电连接，所述隔离单元的第二端与半桥模块串一端电连接。结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述输送单元包括三相输送电路，所述输送电路包括第一H桥模块和第一稳压电容，所述第一H桥模块与所述第一稳压电容并联连接，三相输送电路中的第一H桥模块分别与风场内网输出变压器的次级绕组电连接，不同第一H桥模块之间相互级联，所述第一H桥模块内设置有吸收电容。结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述隔离单元包括三相隔离电路，所述隔离电路包括第二H桥模块、第三H桥模块和高频变压器，所述第二H桥模块的第一端与所述稳压电容电连接，所述高频变压器的两端分别与所述第二H桥模块的第二端和所述第三H桥模块的第一端电连接，所述第三H桥模块的第二端与所述半桥模块串一端电连接；所述第二H桥模块和所述第三H桥模块与所述高频变压器之间均设置有隔直电容，所述第三H桥模块并联设置第二稳压电容，所述第二H桥模块和所述第三H桥模块内设置有吸收电容。结合第一方面，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述半桥模块串包括多个半桥模块，多个所述半桥模块串联连接。结合第一方面，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述LC滤波电路包括滤波电感和滤波电容，所述滤波电感的第一端分别与所述半桥模块串的第二端和所述滤波电容的第一端电连接，所述滤波电感的第二端与所述高压直流输电线电连接，所述滤波电容的第二端分别与所述电力电子变压器的直流侧第二输出端和所述高压直流输电线电连接。结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述高压直流输电线包括正高压直流输电线和负高压直流输电线，所述正高压直流输电线与所述滤波电感的第二端电连接，所述负高压直流输电线分别与所述滤波电容的第二端分别与所述电力电子变压器的直流侧第二输出端电连接。结合第一方面，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述二极管流器为多重化二极管整流器。第二方面，本申请实施例提供了一种混合式海上风场变流器拓扑结构使用方法，采用第一方面或第一方面任一实现方式所述的混合式海上风场变流器拓扑结构，所述方法包括：风场启动阶段，并联换流器中电力电子变压器通过逆变功能将高压直流侧电能输送到风场内网且建立风场内网交流电压，并控制风场内网电压低于二极管整流器的整流阈值电压使二极管整流器不工作；风电机组开始发电，风场由负载转变为电源，此时风场内网开始通过并联换流器向高压直流侧输送有功功率；当风场完成启动后由电力电子变压器提升AC端口电压，抬升风场内网电压，使其达到二极管整流器的整流阈值电压；随后电力电子变压器逐渐减小向直流侧输送有功功率，使风场输出功率由并联换流器转移到二极管整流器，并联换流器逐步在零有功功率情况下运行；风场进入稳定发电运行阶段，并联换流器不再向电网传输有功功率，将并联换流器中子模块串所有模块闭锁以从系统中去除。附图说明图1为本申请实施例提供的一种混合式海上风场变流器拓扑结构的示意图；图2为本申请实施例提供的电子电力变压器的结构示意图；图3为本申请实施例提供的一种混合式海上风场变流器拓扑结构使用方法的流程示意图；图1-3中，符号表示为：1-二极管整流器，2-并联换流器，3-电力电子变压器，4-半桥模块串，5-LC滤波电路，6-输送单元，7-隔离单元，8-第一H桥模块，9-第二H桥模块，10-第三H桥模块，11-高频变压器，12-半桥模块，13-正高压直流输电线，14-负高压直流输电线，C1-第一稳压电容，C2-隔直电容，C3-第二稳压电容，L1-滤波电感，C4-滤波电容。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。图1为本申请实施例提供的一种混合式海上风场变流器拓扑结构的示意图，参见图1，本实施例提供的混合式海上风场变流器拓扑结构包括：二极管整流器1和并联换流器2。所述二极管整流器1的交流侧与风场内网电连接，所述二极管整流器1的直流侧与高压直流输电线一端电连接，所述二极管流器为多重化二极管整流器1。所述并联换流器2包括电力电子变压器3，所述电力电子变压器3的交流侧与风场内网输出变压器电连接，所述电力电子变压器3的直流侧第一输出端连接半桥模块串4的第一端，半桥模块串4的第二端和所述电力电子变压器3的直流侧第二输出端通过LC滤波电路5与所述高压直流输电线另一端电连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合式海上风场变流器拓扑结构，其特征在于，包括：二极管整流器和并联换流器，所述二极管整流器的交流侧与风场内网电连接，所述二极管整流器的直流侧与高压直流输电线一端电连接；所述并联换流器包括电力电子变压器，所述电力电子变压器的交流侧与风场内网输出变压器电连接，所述电力电子变压器的直流侧第一输出端连接半桥模块串的第一端，半桥模块串的第二端和所述电力电子变压器的直流侧第二输出端通过LC滤波电路与所述高压直流输电线另一端电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合式海上风场变流器拓扑结构，其特征在于，包括：二极管整流器和并联换流器，所述二极管整流器的交流侧与风场内网电连接，所述二极管整流器的直流侧与高压直流输电线一端电连接；所述并联换流器包括电力电子变压器，所述电力电子变压器的交流侧与风场内网输出变压器电连接，所述电力电子变压器的直流侧第一输出端连接半桥模块串的第一端，半桥模块串的第二端和所述电力电子变压器的直流侧第二输出端通过LC滤波电路与所述高压直流输电线另一端电连接。


2.根据权利要求1所述的混合式海上风场变流器拓扑结构，其特征在于，所述电子电力变压器包括：输送单元和隔离单元，所述输送单元的第一端与所述风场内网输出变压器电连接，所述输送单元的第二端与所述隔离单元的第一端电连接，所述隔离单元的第二端与半桥模块串一端电连接。


3.根据权利要求2所述的混合式海上风场变流器拓扑结构，其特征在于，所述输送单元包括三相输送电路，所述输送电路包括第一H桥模块和第一稳压电容，所述第一H桥模块与所述第一稳压电容并联连接，三相输送电路中的第一H桥模块分别与风场内网输出变压器的次级绕组电连接，不同第一H桥模块之间相互级联，所述第一H桥模块内设置有吸收电容。


4.根据权利要求3所述的混合式海上风场变流器拓扑结构，其特征在于，所述隔离单元包括三相隔离电路，所述隔离电路包括第二H桥模块、第三H桥模块和高频变压器，所述第二H桥模块的第一端与所述稳压电容电连接，所述高频变压器的两端分别与所述第二H桥模块的第二端和所述第三H桥模块的第一端电连接，所述第三H桥模块的第二端与所述半桥模块串一端电连接；所述第二H桥模块和所述第三H桥模块与所述高频变压器之间均设置有隔直电容，所述第三H桥模块并联设置第二稳压电容，所述第二H桥模块和所述第三H桥模块内设置有吸收电容。


5.根据权利要求1所述的混合式海上风场变流器拓扑结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宁，赵伟，王伟，谢志文，岳菁鹏，曾杰，张威，徐琪，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44