基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站、系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站、系统和控制方法，柔性直流海上换流站，其特征在于，海上换流站包括联接变压器、柔直换流阀和桥臂电抗器，所述的联接变压器一次侧和海上风电场的汇流母线连接；一次侧和柔直换流阀的输入端连接，柔直换流阀的输出端和桥臂电抗器的第一端连接，电抗器的第二端和直流海缆连接。省去了海上升压站的投资和维护成本。通过增加控制策略，抬升模块电压，减少了换流阀总模块数，降低了电容容值，提高了设备的输送容量，减小了海上风电场的体积和重量，提可以有效地解决海上换流站占地、载重大、成本高等问题，工程实现的技术成本显著降低，具有较好的经济性，对海上风电的大规模开发利用具有重要意义。用具有重要意义。用具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站、系统和控制方法


[0001]本专利技术属于海上风电及柔性直流输电
，具体涉及一种基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站、系统和控制方法。

技术介绍

[0002]随着双碳目标下构建以新能源为主体的新型电力系统的提出，以太阳能和风能为代表的新能源逐步替代化石能源。《中国2050高比例清洁能源发展情景暨途径研究》报告指出，到2050 年，中国85％以上的电力需求和60％以上的一次能源需求需由可再生能源满足。风能作为一种重要的可再生能源，总量十分可观。我国的几个风能丰富带主要分布在东南沿海地区、“三北”地区和内陆局部地区，西北内陆地区虽然风能资源丰富，但远离用电负荷中心，当地无法消纳大规模波动性风能，需要集中远距离输送，因此，大规模深远海风电的开发是未来的发展趋势。但由于海底电缆较大的对地电容带来的无功功率及电压波动问题，传统交流输电无法实现远距离输送波动性风能，直流输电成为海上风电输送的唯一选择。
[0003]基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性高压直流输电具有完整的四象限运行能力，能够对有功功率、无功功率进行独立控制，控制性能更加灵活，能够用于与弱网系统、无源系统的直流输电，尤其适用于连接孤岛系统与可再生能源发电系统，并能够组建多端直流系统。但其较高的成本和庞大的体积是制约MMC换流器在海上直流输电应用的主要因素。因此，如何减少海上风电场直流送出系统的体积和成本、提高系统的可靠性，对于海上风电的大规模开发利用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站、系统和控制方法，减少海上风电场直流送出系统的体积和成本、提高系统的可靠性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所述一种基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站，包括联接变压器T
L
、柔直换流阀和桥臂电抗器，所述的联接变压器T
L
一次侧和海上风电场的汇流母线连接；二次侧和柔直换流阀的输入端连接，柔直换流阀的输出端和桥臂电抗器L的第一端连接，电抗器L的第二端和直流海缆连接。
[0006]进一步的，海上换流站包括两个联接变压器T
L
。
[0007]进一步的，联接变压器T
L
的一侧为三角形接线方式。
[0008]进一步的，所述柔直换流阀包括上桥臂和下桥臂，上桥臂的输出端与桥臂电抗器L1的输入端连接，桥臂电抗器L1的输出端与直流侧正极连接；下桥臂的输出端与桥臂电抗器L2的输入端连接，桥臂电抗器L2的输出端与直流侧负极相连接。
[0009]进一步的，柔直换流阀为基于MMC的模块化多电平换流阀，其功率单元为半桥子模块，运行电压为2.3kV。
[0010]一种海上风电柔直送出系统，包括汇流母线和上述的海上换流站，所述汇流母线
一端和海上风电场连接，另一端和海上换流站的输入端连接；所述海上换流站的输出端通过直流海缆与陆上换流站的输入端连接，所述陆上换流站的输出端与陆上电力系统连接；所述海上换流站的输入端和海上风电场输出的电压相等。
[0011]上述的海上换流站的控制方法，包括以下步骤：
[0012]S1、用MMC桥臂中的环流d轴分量给定值减去将MMC桥臂中的环流d轴分量I
d2
，得到差值，将差值作为PI控制的输入，进行PI控制，将PI控制的输出进行dq/abc反变换后，输出三相二倍频环流E
diffA
、E
diffB
、E
diffC
；
[0013]S2、将三相二倍频环流E
diffA
、E
diffB
、E
diffC
分别注入三相基频调制波V
aref
、V
bref
和V
cref
，将三次谐波电压注入值V
3ref
注入三相基频调制波V
aref
、V
bref
和V
cref
，得到最终调制波V
ref_A
、 V
ref_B
和V
ref_C
，用最终调制波V
ref_A
、V
ref_B
和V
ref_C
对柔直换流阀进行控制。
[0014]进一步的，三次谐波电压注入值V
3ref
的表达式为：
[0015]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0016]本专利技术提出了一种基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站，适用于集电系统直接接入海上换流站的海上风电柔直送出系统，换流站中的联接变压器的一次侧电压和风电场的输出电压相等，省去了海上升压站的投资和维护成本。
[0017]在换流阀设计上，通过增加控制策略，抬升模块电压，减少了换流阀总模块数，降低了电容容值，提高了设备的输送容量，减小了海上风电场的体积和重量，可以有效地解决海上换流站占地、载重大、成本高等问题，工程实现的技术成本显著降低，具有较好的经济性，对海上风电的大规模开发利用具有重要意义。
[0018]进一步的，联接变压器的一侧采用三角形接线方式，以阻止零序电流通路。
[0019]本专利技术所述的控制方法，包括三次谐波电压注入、二倍频环流注入策略。在基频调制波中叠加三次谐波电压，通过调整注入MMC三次谐波的幅值和相位，使换流阀输出调制比最大化，从而提高阀侧电压、直流电压利用率和设备的传输容量，并能一定程度上减小直流故障时的故障电流，提高系统的可靠性。通过协同控制三次谐波和二倍频环流注入，抑制桥臂功率波动的谐波，减小电容电压波动以降低模块电容容值。
附图说明
[0020]图1所示为海上风电柔直送出系统示意图；
[0021]图2所示为海上换流站构成图；
[0022]图3所示为柔直换流阀控制系统框图。
[0023]附图中：1
‑
汇流母线，2
‑
海上换流站，3
‑
直流海缆，4
‑
陆上换流站，5
‑
陆上电力系统。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术。
[0025]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、
“
前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站，其特征在于，包括联接变压器T
L
、柔直换流阀和桥臂电抗器，所述的联接变压器T
L
一次侧和海上风电场的汇流母线连接；二次侧和柔直换流阀的输入端连接，柔直换流阀的输出端和桥臂电抗器L的第一端连接，电抗器L的第二端和直流海缆连接。2.根据权利要求1所述的一种基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站，其特征在于，所述海上换流站包括两个联接变压器T
L
。3.根据权利要求1所述的一种基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站，其特征在于，联接变压器T
L
的一侧为三角形接线方式。4.根据权利要求1所述的一种基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站，其特征在于，所述柔直换流阀包括上桥臂和下桥臂，上桥臂的输出端与桥臂电抗器L1的输入端连接，桥臂电抗器L1的输出端与直流侧正极连接；下桥臂的输出端与桥臂电抗器L2的输入端连接，桥臂电抗器L2的输出端与直流侧负极相连接。5.根据权利要求1所述的一种基于66kV汇集接入的柔性直流海上换流站，其特征在于，柔直换流阀为基于MMC的模块化多电平换流阀，其功率单元为半桥子模块，运行电压为2.3kV。6.一种海上风电柔直送出系统，其特征在于，包括汇流母线和权利要求1所述的海上换流站，所述汇流母线一端和海上风电场连接，另一端和海上换流站的输入端连接；所述海上换流站的输出端通过直流海缆与陆上换流站的输入端连接，所述陆上换流站的输出端与陆上电力系统连接；所述海上换流站的输入端和海上风电场输出的电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玲，张军，刘汉军，盛俊毅，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：