一种海上风电直流输电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海上风电直流输电系统及其控制方法，所述系统的二极管整流器的交流侧和电压源型换流器的交流侧分别经由与其连接的变压器与海上电网连接，且电压源型换流器的交流侧与二极管整流器的交流侧并联；电压源型换流器的直流侧与二极管整流器的直流侧串联，且电压源型换流器的直流侧和二极管整流器的直流侧经由海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至陆上换流站；辅助电缆的一端与海上电网的交流输出侧连接，另一端与陆上电网或其他已经投运的风电场的交流侧连接，用于为海上风电场提供黑启动能量。本发明专利技术实施例中换流站的体积较小，适用于海上风电直流送出的应用场合，风电场无需更改原先的跟网型控制策略，适用范围更广。适用范围更广。适用范围更广。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电直流输电系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力工程
，尤其涉及一种海上风电直流输电系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着海上风电技术的成熟，以及近海区域海上风电的建设日渐饱和，大容量远海风电送出技术逐渐成为研究热点之一。在目前已有的方案中，主要分为集中式送出方案和分布式送出方案两种。集中式送出方案是将所有的风力发电机的交流输出侧进行并联汇流，然后经过一个海上升压站，将几十千伏的电压升至数百千伏的电压，再通过一个海上换流站对其进行交流/直流变换，变换后的高压直流电通过海底线缆传输至陆上换流站再进行直流/交流变换，最终并入陆上高压电网。分布式送出方案一般是将海上风电场分为不同的海上风机群，然后针对单个的风机群分别建立独立的海上升压站与换流站，最终在换流站的直流侧进行电能的汇集，统一通过海底线缆送至岸上。
[0003]与陆上风电的输电系统不同，海上风电的输电系统格外重视送端换流站，因为海上平台的建设成本高、技术难度大，且需要大容量直流送出，所以对海上换流站中的系统拓扑的研究格外重要，该拓扑需要满足以下特征：第一，可以支持大功率传输；第二，可以为风电场提供黑启动电源；第三，可以为海上风电场提供稳定的交流电源。
[0004]传统的换流站拓扑一般使用基于全控器件的电压源型换流器，例如模块化多电平变换器(MMC变换器)，但是该拓扑体积较大，且单个变换器很难传输超大功率的海上风电，例如2000MW海上风电。还有的使用基于晶闸管的二极管整流器，例如二极管整流器，虽然体积较小，损耗较小，可以传输超大功率的海上风电，但是由于二极管整流器没有控制维度，且是单向传输拓扑，所以无法为海上风电场提供稳定的交流电源，也无法提供黑启动能量。如果单纯使用二极管整流器作为海上换流站拓扑时，不仅需要配备一条用于风电场启动的辅助电缆(交流电缆，从陆上或其他已建海上换流站的交流侧连接至需要启动的海上风电场的交流侧)提供黑启动能量，还需要其风电场中的风机改变原先的跟网型控制策略，变为构网型控制策略，同时，二极管整流器还需要配置额外的滤波器和无功补偿装置，使得单纯使用二极管作为海上换流站的方案不易实现。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种海上风电直流输电系统及其控制方法，该系统换流站的体积较小，适用于海上风电直流送出的应用场合，风电场无需更改原先的跟网型控制策略，适用范围更广。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种海上风电直流输电系统，包括：海上电网、变压器、电压源型换流器、第一二极管整流器、第二二极管整流器、辅助电缆、海底直流电缆、陆上换流站和陆上电网；
[0007]所述海上电网主要由海上风电场构成；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其
连接的变压器与所述海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，且所述电压源型换流器的交流侧与所述第一二极管整流器的交流侧、所述第二二极管整流器的交流侧并联；
[0008]所述电压源型换流器的直流侧与所述第一二极管整流器的直流侧、所述第二二极管整流器的直流侧串联，且所述电压源型换流器的直流侧、所述第一二极管整流器的直流侧和所述第二二极管整流器的直流侧经由所述海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至所述陆上换流站，所述陆上换流站进行交直流变换后，将电能并入所述陆上电网；
[0009]所述辅助电缆的一端与所述海上电网的交流输出侧连接，所述辅助电缆的另一端与所述陆上电网或其他已经投运的风电场的交流侧连接，用于为海上风电场提供黑启动能量；
[0010]所述海上风电直流输电系统的运行阶段分为风电场启动阶段和的风电场正常运行阶段；
[0011]在所述风电场启动阶段，由所述陆上换流站为系统直流侧建立电压，所述辅助电缆投入系统为所述电压源型换流器和所述海上电网中的风电场提供黑启动能量，使得风电场中的风机开始启动，风电场由负载转为电源，所述二极管整流器启动，并断开所述辅助电缆，由所述电压源型换流器提供所述海上电网的电压幅值和频率，风机逐渐并网，系统完成启动；
[0012]在所述风电场正常运行阶段，主要由所述二极管整流器传输有功功率，所述电压源型换流器为所述二极管整流器提供换相能量，所述二极管整流器传输的有功功率不大于系统总有功功率的第一阈值，所述电压源型换流器传输的有功功率不小于系统总有功功率的第二阈值；其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。
[0013]作为上述方案的改进，所述海上电网包括第一海上电网、第二海上电网和第三海上电网；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第一海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第二海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第三海上电网连接。
[0014]作为上述方案的改进，所述电压源型换流器的交流侧并联在所述第一二极管整流器的交流侧和所述第二二极管整流器的交流侧之间；所述第一二极管的直流侧正极与所述海底直流电缆的正极连接，所述第一二极管的直流侧负极与所述电压源型换流器的直流侧正极串联，所述电压源型换流器的直流侧负极与所述第二二极管整流器的直流侧正极串联，所述第二二极管整流器的直流侧负极与所述海底直流电缆的负极连接。
[0015]作为上述方案的改进，所述电压源型换流器为基于全控型开关器件的模块化电平变换器。
[0016]本专利技术实施例还提供了一种海上风电直流输电系统的控制方法，应用于上述任一项所述的海上风电直流输电系统，所述方法包括：
[0017]获取风电场发出的功率值和所述海上风电直流输电系统的额定功率值；
[0018]判断所述风电场发出的功率值是否低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值；
[0019]若所述风电场发出的功率值低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第
二阈值，则控制所述二极管整流器停止传输有功功率，并控制陆上换流站和电压源型换流器均采用恒电压控制模式；
[0020]若所述风电场发出的功率值不低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制所述陆上换流站采用恒电流控制模式，并根据所述海上风电场发出的功率值实时调节所述海上风电直流输电系统的交流侧电压，以调节所述二极管整流器传输的有功功率。
[0021]进一步的，所述二极管整流器的的直流侧电压满足其中，V
dc_dio1
表示二极管整流器的直流侧电压，V
pcc
表示系统交流侧电压，X
T
表示变压器等效换相阻抗，I
dc
表示系统直流侧电流；
[0022]所述电压源型换流器的直流侧电压满足V
dc_mmc
＝V
dc
‑
V
dc_dio1
‑
V
dc_dio2
‑
I...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电直流输电系统，其特征在于，包括：海上电网、变压器、电压源型换流器、第一二极管整流器、第二二极管整流器、辅助电缆、海底直流电缆、陆上换流站和陆上电网；所述海上电网主要由海上风电场构成；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，且所述电压源型换流器的交流侧与所述第一二极管整流器的交流侧、所述第二二极管整流器的交流侧并联；所述电压源型换流器的直流侧与所述第一二极管整流器的直流侧、所述第二二极管整流器的直流侧串联，且所述电压源型换流器的直流侧、所述第一二极管整流器的直流侧和所述第二二极管整流器的直流侧经由所述海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至所述陆上换流站，所述陆上换流站进行交直流变换后，将电能并入所述陆上电网；所述辅助电缆的一端与所述海上电网的交流输出侧连接，所述辅助电缆的另一端与所述陆上电网或其他已经投运的风电场的交流侧连接，用于为海上风电场提供黑启动能量；所述海上风电直流输电系统的运行阶段分为风电场启动阶段和的风电场正常运行阶段；在所述风电场启动阶段，由所述陆上换流站为系统直流侧建立电压，所述辅助电缆投入系统为所述电压源型换流器和所述海上电网中的风电场提供黑启动能量，使得风电场中的风机开始启动，风电场由负载转为电源，所述二极管整流器启动，并断开所述辅助电缆，由所述电压源型换流器提供所述海上电网的电压幅值和频率，风机逐渐并网，系统完成启动；在所述风电场正常运行阶段，主要由所述二极管整流器传输有功功率，所述电压源型换流器为所述二极管整流器提供换相能量，所述二极管整流器传输的有功功率不大于系统总有功功率的第一阈值，所述电压源型换流器传输的有功功率不小于系统总有功功率的第二阈值；其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。2.如权利要求1所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述海上电网包括第一海上电网、第二海上电网和第三海上电网；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第一海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第二海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第三海上电网连接。3.如权利要求2所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述电压源型换流器的交流侧并联在所述第一二极管整流器的交流侧和所述第二二极管整流器的交流侧之间；所述第一二极管的直流侧正极与所述海底直流电缆的正极连接，所述第一二极管的直流侧负极与所述电压源型换流器的直流侧正极串联，所述电压源型换流器的直流侧负极与所述第二二极管整流器的直流侧正极串联，所述第二二极管整流器的直流侧负极与所述海底直流电缆的负极连接。4.如权利要求3所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述电压源型换流器为基于全控型开关器件的模块化电平变换器。5.一种海上风电直流输电系统的控制方法，应用于如权利要求1至4中任一项所述的海
上风电直流输电系统，其特征在于，所述方法包括：获取风电场发出的功率值和所述海上风电直流输电系统的额定功率值；判断所述风电场发出的功率值是否低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值；若所述风电场发出的功率值低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制所述二极管整流器停止传输有功功率，并控制陆...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴越，段新辉，周月宾，罗向东，曹琬钰，李燕平，刘正超，张清文，赵晓斌，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司阳江供电局，
类型：发明
国别省市：