一种海上风电不控整流直流输电系统技术方案

技术编号:33333157 阅读:16 留言:0更新日期:2022-05-08 09:14
本发明专利技术涉及一种海上风电不控整流直流输电系统,其包括:海上风电场、海上换流站、海底直流海缆、陆上换流站和陆上电网;所述海上风电场的交流侧经海上交流母线与所述海上换流站的交流侧相连,所述海上换流站的直流侧经正负极直流海底海缆与所述陆上换流站的直流侧相连;所述陆上换流站的交流侧与所述陆上电网相连;所述海上换流站包括全桥型MMC单元和二极管不控整流单元;所述全桥型MMC单元用于在海上风电场黑启动或正常运行时,为所述海上风电场提供启动电源或并网电压;所述二极管不控整流单元用于对所述海上风电场输出的电能进行整流后传送到所述陆上换流站。本发明专利技术可以广泛应用于柔性直流输电技术领域。泛应用于柔性直流输电技术领域。泛应用于柔性直流输电技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电不控整流直流输电系统


[0001]本专利技术涉及一种海上风电不控整流直流输电系统,属于柔性直流输电


技术介绍

[0002]远海海上风电开发是未来构建新型电力系统、实现“碳达峰、碳中和”的重要途径。目前,直流输电方案是实现远海风电并网的唯一工程实施方案,然而现阶段的直流输电方案存在以下问题:1)海上换流站平台体积重大、造价昂贵;2)换流阀一般采用柔性直流换流器,子模块数量众多,电容昂贵。因此,海上换流阀和海上换流站平台轻型化,提升直流输电方案整体的经济性是目前学术界和工业界积极探索的重要方向。
[0003]基于二极管不控整流单元的直流输电方案,因其技术成熟度、设备可靠性和经济优异性等特点,逐渐得到青睐。早期的基于二极管不控整流单元的直流输电方案中,海上换流站采用二极管不控整流阀,陆上换流站采用模块化多电平换流器,海上换流站同时经海底交流海缆与陆上电网相连。海上风电场黑启动时,陆上电网通过海底交流海缆将海上风电场逐一充电启动;正常运行时,海底交流海缆提供海上风电场的并网电压,维持海上风电场电网与陆上电网的同步性。然而,这种直流输电方案一般仅适用于近海风电,远海风电并网时海底交流海缆因容性电流无法实现长距离交流连接,此外陆上换流站的模块化多电平换流器仍存在造价昂贵的问题。
[0004]针对二极管不控整流单元所连海上风电场黑启动困难的问题,现有公开文献提出了在海上换流站的二极管阀直流侧并联一个辅助换流器的方案,该辅助换流器为海上风电场提供并网电压和黑启动电源,但是因辅助换流器需要直接串联在二极管阀直流侧,其子模块选取需与直流侧电压相匹配,故子模块数量众多。为降低造价,有文献提出对辅助换流器拓扑结构进行改造升级,辅助换流器采用高低臂结合的方式,拓扑结构复杂,为保持高压臂子模块电容电压均衡,需要进行高频谐波注入调制,控制策略复杂。此外还有文献提出利用在海上风电场配置大容量柴油机解决海上风电场黑启动问题,但是海上风电场需要对风机进行改造使之具备构网型控制。

技术实现思路

[0005]针对上述问题,本专利技术的目的是提供一种海上风电不控整流直流输电系统,该系统结构简单,造价便宜,具有较好的技术经济性,适合海上风电场并网送电场合。
[0006]为实现上述目的,本专利技术采取以下技术方案:一种海上风电不控整流直流输电系统,其包括:海上风电场、海上换流站、海底直流电缆、陆上换流站和陆上电网;所述海上风电场的交流侧经海上交流母线与所述海上换流站的交流侧相连,所述海上换流站的直流侧经正负极海底直流海缆与所述陆上换流站的直流侧相连;所述陆上换流站的交流侧与所述陆上电网相连;所述海上换流站包括全桥型MMC单元和二极管不控整流单元;所述全桥型MMC单元用于在海上风电场黑启动或正常运行时,为所述海上风电场提供启动电源或并网电压;所述二极管不控整流单元用于对所述海
上风电场输出的电能进行整流后传送到所述陆上换流站。
[0007]进一步,所述二极管不控整流单元采用两个六脉动二极管整流单元或采用一个十二脉动二极管整流单元。
[0008]进一步,当采用两个六脉动二极管整流单元时,第一六脉动二极管整流单元和第二六脉动二极管整流单元分别设置在所述全桥型MMC单元两侧,且所述第一六脉动二极管整流单元和第二六脉动二极管整流单元的交流侧与所述全桥型MMC单元的交流侧并联汇集后,与所述海上交流母线相连;所述第一六脉动二极管整流单元和第二六脉动二极管整流单元的直流侧一端分别与所述全桥型MMC单元直流侧的高压端和低压端相连,所述第一六脉动二极管整流单元和第二六脉动二极管整流单元直流侧的另一端与所述正负极海底直流海缆相连;当采用一个十二脉动二极管整流单元时,所述全桥型MMC单元的交流侧与所述十二脉动二极管整流单元的交流侧并联汇集后,与所述海上交流母线相连;所述全桥型MMC单元直流侧的低压端与所述十二脉动二极管整流单元直流侧的高压端相串联,所述全桥型MMC单元直流侧的高压端和十二脉动二极管不控整流单元直流侧的低压端与所述正负极海底直流海缆相连。
[0009]进一步,所述全桥型MMC单元与所述海上交流母线之间还设置有第一滤波器,用于滤除预设高频特征次谐波噪声。
[0010]进一步,所述二极管不控整流单元的交流侧与所述海上交流母线之间,所述全桥型MMC单元的交流侧与所述海上交流母线之间分别设置有变压器。
[0011]进一步,所述全桥型MMC单元直流侧的高压端和低压端之间还设置有旁路,所述旁路上设置有旁路开关。
[0012]进一步,所述陆上换流站包括晶闸管整流单元和第二滤波器;所述晶闸管整流单元用于对海上风电场传输的电能进行转换,并发送到所述陆上电网;所述第二滤波器用于滤波预设高频特征次谐波噪声。
[0013]进一步,所述晶闸管整流单元采用两个六脉动晶闸管整流单元或一个十二脉动晶闸管整流单元,与所述海上换流站中二极管不控整流单元相对应。
[0014]进一步,所述晶闸管整流单元与所述陆上交流母线之间设置有变压器。
[0015]进一步,所述第二滤波器采用双调谐滤波器或并联电容器。
[0016]本专利技术由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本专利技术无需更改现有海上风电场控制策略,采用的都是成熟的技术,无需太大新技术研发,可以快速实现工程实施,具有重要的推广意义;2、本专利技术送端采用二极管整流单元、受端采用晶闸管整流单元,造价便宜、技术成熟、平台轻便,极具技术经济竞争力;3、本专利技术送端采用二极管不控整流单元,谐波小、系统性能优异,与全桥型MMC单元相配合,在启动过程中,陆上换流站通过预充电全桥MMC单元,实现海上风电场黑启动;正常运行时,全桥型MMC单元为海上风电场提供并网电压;综上所述,本专利技术可以广泛应用于海上风电柔性直流输电
中,具有技术成熟度高、经济性好。
附图说明
[0017]通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本专利技术的限制。在整个附图中,用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中:图1是本专利技术实施例提供的海上风电不控整流直流输电系统示意图;图2是本专利技术另一实施例提供的海上风电不控整流直流输电系统示意图;图3是本专利技术实施例中采用的六脉动二极管整流单元示意图;图4是本专利技术实施例中采用的十二脉动二极管整流单元示意图;图5是本专利技术实施例中采用基于全桥子模块的全桥MMC的结构示意图;图6是本专利技术实施例中采用的六脉动晶闸管整流单元示意图;图7是本专利技术实施例中采用的十二脉动晶闸管整流单元示意图;图8是图1中所述系统黑启动过程的电气等值电路;图9是图2中所述系统黑启动过程的电气等值电路;图10是本专利技术实施例提供的海上风电不控整流直流输电系统的控制方法流程图;图11是本专利技术实施例提供的直流输电系统稳态运行时的等值电路;图12是本专利技术实施例提供的外环功率控制器;图13是本专利技术实施例提供的定交流电压控制器;图14是本专利技术实施例提供的内环电流控制器框图;图15是本专利技术实施例提供的本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电不控整流直流输电系统,其包括:海上风电场、海上换流站、正负极海底直流海缆、陆上换流站和陆上电网;所述海上风电场的交流侧经海上交流母线与所述海上换流站的交流侧相连,所述海上换流站的直流侧经正负极海底直流海缆与所述陆上换流站的直流侧相连;所述陆上换流站的交流侧与所述陆上电网相连;其特征在于:所述海上换流站包括全桥型MMC单元和二极管不控整流单元;所述全桥型MMC单元用于在海上风电场黑启动或正常运行时,为所述海上风电场提供启动电源或并网电压;所述二极管不控整流单元用于对所述海上风电场输出的电能进行整流后传送到所述陆上换流站。2.如权利要求1所述的一种海上风电不控整流直流输电系统,其特征在于:所述二极管不控整流单元采用两个六脉动二极管整流单元构成或直接采用一个十二脉动二极管整流单元。3.如权利要求2所述的一种海上风电不控整流直流输电系统,其特征在于:当采用两个六脉动二极管整流单元时,第一六脉动二极管整流单元和第二六脉动二极管整流单元分别设置在所述全桥型MMC单元两侧,且所述第一六脉动二极管整流单元和第二六脉动二极管整流单元的交流侧与所述全桥型MMC单元的交流侧并联汇集后,与所述海上交流母线相连;所述第一六脉动二极管整流单元和第二六脉动二极管整流单元的直流侧一端分别与所述全桥型MMC单元直流侧的高压端和低压端相连,所述第一六脉动二极管整流单元和第二六脉动二极管整流单元直流侧的另一端与所述正负极海底直流海缆相连;当采用一个十二脉动二极管整流单元时,所述全桥型MMC单元的交流侧与所述十二脉动二极管整流单元的交流侧并联汇集后,与所述海上交流母线相连;所述全...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭铭群薛英林马为民李明张涛马玉龙祝全乐贺立郝致远冮明泽
申请(专利权)人:国网经济技术研究院有限公司
类型:发明
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