一种基于LCC和全桥MMC-STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于LCC和全桥MMC

【技术实现步骤摘要】
一种基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统


[0001]本专利技术涉及电力
，具体但不限于涉及一种基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统。

技术介绍

[0002]模块化多电平变换器（modular multilevel converter，MMC）由于子模块个数多，且每个子模块都含有电容，导致海上换流站占地和载重大，海上平台的建设成本高。
[0003]为了解决这个问题，西门子于2015年提出了采用二极管整流器作为海上换流站的方案，可以将体积减少80%，重量减少65%，损耗减少20%，成本减少30%。基于二极管整流的直流输电方案虽然能有效降低系统的体积、重量和成本，但是需要补偿无功功率和谐波，并且二极管整流器不具备无源运行的能力，无法实现风电场的启动。因此海上风电直流输电技术的发展趋势是通过结合传统直流输电技术和柔性直流技术两者的优势，发展轻型化的混合海上换流站。
[0004]其中，通过二极管整流器和电压源变换器串联的海上换流站方案，采用电压源变换器来控制交流侧和直流侧的电压，但是还是未能解决海上风机启动的问题。通过两条直流输电线路并联的方案，其中基于MMC的输电线路用于支撑风电场启动，并且只传输小部分功率，大部分功率从基于二极管整流器的直流线路传输，但是两条直流线路的方案增加了系统的成本。基于二极管整流器和小容量MMC辅助换流器混合并联方案，由于MMC换流站的设计需要满足承受直流母线的额定直流电压，但运行所需的额定电流很小，未能充分利用现有IGBT 器件电流能力，会造成器件资源的浪费。
[0005]有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，以期解决上述至少部分问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的一个或多个问题，本专利技术提出了一种能解决基于二极管整流方案风电场无法启动的问题、在直流故障情况下能快速阻断故障电流的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，采用传统直流换流站LCC输送全部的有功功率，同时采用全桥MMC
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STATCOM提供无功补偿和滤波，充分利用两者的优势，解决了海上风电柔直流换流站成本高以及基于二极管整流方案风电场无法启动的问题。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，包括若干个海上风电换流站，海上风电换流站采用分布式结构布置，所述海上风电换流站的直流侧互联连接，海上风电换流站的交流侧均与交流母线连接；每个海上风电换流站均包括混合串联的LCC和全桥MMC
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STATCOM，其中，LCC和全桥MMC
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STATCOM的直流侧依次级联，LCC和全桥MMC
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STATCOM的交流侧通过变压器连接到交流母线，LCC承担直流母线电压且LCC的输出直流电压与直流母线电压相同，全桥MMC
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STATCOM
的直流侧输出电压用于补偿LCC的直流电压纹波，全桥MMC
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STATCOM的交流侧输出三相正弦波且用于无功补偿。
[0008]进一步的，本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，LCC采用由两个6脉冲桥串联构成的12脉冲桥。
[0009]进一步的，本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，LCC采用定电流和最小触发角控制。
[0010]进一步的，本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，全桥MMC
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STATCOM包括6个桥臂，每个桥臂包含级联的全桥子模块和桥臂内部电感。
[0011]进一步的，本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，述全桥MMC
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STATCOM的设计功率容量占系统总功率容量的10%
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15%。
[0012]进一步的，本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，输电系统正常运行时，全桥MMC
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STATCOM运行在STATCOM模式，用于对系统进行无功补偿以及滤去LCC的谐波；在风电场启动运行时，全桥MMC
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STATCOM的桥臂电压输出负的直流电压，使得直流电流方向保持不变且功率从岸上换流站向海上风电场传输，同时控制风电场公共连接点的电压，LCC工作在二极管导通模式；在发生直流故障时，LCC触发角设置为90度，全桥MMC
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STATCOM运行在STATCOM模式。
[0013]进一步的，本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，全桥MMC
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STATCOM运行在STATCOM模式时包括无功功率控制、选择性谐波补偿和直流电压滤波控制。
[0014]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统采用分布式结构的海上风电换流站，整体构造轻型化，有效提高系统运行的安全性和可靠性，且在直流故障情况下可以快速阻断故障电流。
[0015]2、本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统的海上风电换流站，采用传统直流换流站LCC输送全部的有功功率，同时采用全桥MMC运行在STATCOM模式提供无功补偿和滤波，充分利用两者的优势，解决了海上风电柔直流换流站成本高以及基于二极管整流方案风电场无法启动的问题。
附图说明
[0016]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，与说明描述一起用于解释本专利技术的实施例，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1示出了本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统的整体示意图。
[0017]图2示出了本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统的单个海上风电换流站的运行等效电路图。
[0018]图3示出了本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统的MMC在正常运行模式下的桥臂输出电压波形图。
[0019]图4示出了本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统在正常运行模式下LCC和MMC的控制分配示意图。
[0020]图5示出了本专利技术的基于LCC和全桥MMC
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，其特征在于，包括若干个海上风电换流站，海上风电换流站采用分布式结构布置，所述海上风电换流站的直流侧互联连接，海上风电换流站的交流侧均与交流母线连接；每个海上风电换流站均包括混合串联的LCC和全桥MMC
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STATCOM，其中，LCC和全桥MMC
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STATCOM的直流侧依次级联，LCC和全桥MMC
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STATCOM的交流侧通过变压器连接到交流母线，LCC承担直流母线电压且LCC的输出直流电压与直流母线电压相同，全桥MMC
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STATCOM的直流侧输出电压用于补偿LCC的直流电压纹波，全桥MMC
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STATCOM的交流侧输出三相正弦波且用于无功补偿。2.根据权利要求1所述的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，其特征在于，LCC采用由两个6脉冲桥串联构成的12脉冲桥。3.根据权利要求1或2所述的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，其特征在于，LCC采用定电流和最小触发角控制。4.根据权利要求1所述的基于LCC和全桥MMC
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STATCOM混合串联的海上风电直流输电系统，其特征在于，全桥M...

【专利技术属性】
技术研发人员：章飞，张远实，周吉，钱俊良，
申请(专利权)人：东南大学溧阳研究院，
类型：发明
国别省市：