MMC-二极管混合型海上风电双极柔直输电系统启动方法技术方案

本发明专利技术公开了一种MMC

【技术实现步骤摘要】
MMC
‑
二极管混合型海上风电双极柔直输电系统启动方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种MMC
‑
二极管混合型海上风电双极柔直输电系统启动方法。

技术介绍

[0002]随着柔性直流输电系统的电压等级和输电容量逐渐增大，双极柔性直流输电系统凭借其高灵活性和可靠性的特点，得到了越来越多的关注。基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流输电技术具有制造难度低，系统损耗低，波形质量高等优点，在远距离电能汇集和输送中有十分良好的应用前景。然而，在大容量海上风电场双极柔直输电系统中，采用MMC拓扑结构的海上换流站的体积和重量较大，其建设与运输成本很高，不利于海上风电的平价上网。因此，探索海上换流站轻型化设计方法，提升双极直流输电方案的经济性是本领域重要的研究方向。
[0003]在双极柔性直流输电系统中，采用二极管整流装置替换部分MMC整流装置可以显著降低海上换流平台的重量和成本，一种可行的设计方案如下：送端正极采用MMC换流器，维持送端交流电网的稳定，送端负极采用二极管整流装置，协助完成功率传输，这种方案能够在保障系统的安全稳定运行的条件下，优化工程建设成本，但是由于二极管整流器属于不控整流，经典海上风场柔性直流输电系统所采用的启动方案不再适用于这种混合型拓扑。目前，对于海上风电场双极直流输电系统采用二极管方案的启动方法还鲜有研究，亟需提出一种MMC
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二极管混合型海上风电双极柔直输电系统启动方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对送端正极采用MMC换流器，负极采用二极管整流装置的混合型海上风电双极柔直输电系统，提供一种MMC
‑
二极管混合型海上风电双极柔直输电系统启动方法，实现混合型双极柔直系统及海上风电场的平稳启动并网。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本方法采取如下技术方案：
[0006]MMC
‑
二极管混合型海上风电双极柔直输电系统启动方法，所述MMC
‑
二极管混合型海上风电双极柔直输电系统的拓扑包括：送端正极MMC换流器、送端负极二极管换流器、受端正极MMC换流器和受端负极MMC换流器；其特征在于：
[0007]系统启动过程开始，首先接入正极启动电阻，对正极MMC换流器各子模块电容进行不控整流充电；
[0008]受端正极MMC换流器采用直流母线电压与无功功率控制模式，调节正极直流母线电压为额定值；
[0009]接入负极启动电阻，对负极MMC换流器各子模块电容进行不控整流充电；
[0010]受端负极MMC换流器采用直流母线电压与无功功率控制模式，调节负极直流母线电压为第一预设电压值；
[0011]送端正极MMC换流器采用定交流电压控制模式，调节海上交流电网电压为额定值；
[0012]海上风电机组逐台并网，并网容量达到额定容量的接近一半或为一半时暂停并网；由于海上风电机组逐台并网时，负极二极管换流器没有导通，所有风电场输出功率均从正极MMC换流器输送，为了保证正极MMC换流器不发生过载，此时并网容量不能超过额定容量的一半；另外，从提升系统启动效率的角度上分析，此时首先并网的功率不宜过低，因此，以接近额定容量的一半或为一半为宜；
[0013]受端负极MMC换流器逐渐降低负极直流母线电压，使送端负极二极管换流器导通；
[0014]通过受端负极MMC换流器调节负极直流母线电压，使正极与负极换流器分别承担风电场输出功率的一半；
[0015]剩余未并网的海上风电机组继续并网，送端正极MMC换流器保持送端交流电网电压为额定值，受端负极MMC换流器通过调节负极直流母线电压，使风电场的输出功率在正负极之间平均分配；
[0016]在风电机组全部并网后，系统启动过程结束；
[0017]实现所述启动方法所采用的控制系统包括：送端正极MMC换流器控制系统，受端正极MMC换流器控制系统，受端负极MMC换流器控制系统；
[0018]所述送端正极MMC换流器控制系统，采用送端交流电网电压控制外环、电流控制内环；
[0019]所述受端正极MMC换流器控制系统，采用正极直流母线电压和无功功率控制外环、电流控制内环；
[0020]所述受端负极MMC换流器控制系统，采用负极直流母线电压和无功功率控制外环、电流控制内环。
[0021]进一步地：在受端负极MMC换流器控制系统中，根据以下方法计算负极直流母线电压参考值U
dc2ref
：
[0022]在海上风电机组并网容量达到额定容量的一半并暂停并网这个时间节点之前，设置U
dc2ref
为第一预设电压值，所述第一预设电压值需要高于负极额定直流母线电压，保证当海上交流电网电压为额定值时，送端负极二极管整流器无法导通；
[0023]在海上风电机组并网容量达到额定容量的一半并暂停并网这个时间节点之后，逐渐降低负极直流母线电压参考值U
dc2ref
，直到送端负极二极管整流器导通；
[0024]在送端负极二极管整流器导通之后，U
dc2ref
计算方法如下：
[0025]U
dc2ref
＝U
dcn2
‑
F
PIP
(s)(0.5P
wind
‑
P
g2
)
[0026][0027]其中，U
dcn2
为负极直流母线电压额定值，F
PIP
(s)为该阶段PI控制器的传递函数，k
pp
为比例系数，k
ip
为积分系数，P
wind
为风电场输出功率，P
g2
为受端负极MMC有功功率。
[0028]本专利技术的有益效果是：通过采用本专利技术的技术方案，可以实现MMC
‑
二极管混合型双极柔直系统及海上风电场的平稳启动并网，还可以实现海上风电场输出功率在正极MMC换流器和负极二极管换流器之间的协调分配。
附图说明
[0029]图1为本专利技术混合型海上风电双极柔直输电系统的一个典型拓扑图。
[0030]图2为本专利技术MMC
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二极管混合型海上风电双极柔直输电系统启动方法的流程图。
[0031]图3为本专利技术受端正极和负极MMC换流器控制方法的一个具体示例系统原理图。其中，1
‑
受端正极直流母线电压和无功功率控制模块、2
‑
受端正极电流控制模块、3
‑
受端正极Park反变换模块、4
‑
受端正极内部环流控制模块、5
‑
受端正极桥臂电压计算模块、6
‑
受端负极直流母线电压参考值计算模块、7
‑
受端负极直流母线电压和无功功率控制模块、8
‑
受端负极电流控制模块、9...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.MMC
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二极管混合型海上风电双极柔直输电系统启动方法，所述MMC
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二极管混合型海上风电双极柔直输电系统的拓扑包括：送端正极MMC换流器、送端负极二极管换流器、受端正极MMC换流器和受端负极MMC换流器；其特征在于：系统启动过程开始，首先接入正极启动电阻，对正极MMC换流器各子模块电容进行不控整流充电；受端正极MMC换流器采用直流母线电压与无功功率控制模式，调节正极直流母线电压为额定值；接入负极启动电阻，对负极MMC换流器各子模块电容进行不控整流充电；受端负极MMC换流器采用直流母线电压与无功功率控制模式，调节负极直流母线电压为第一预设电压值；送端正极MMC换流器采用定交流电压控制模式，调节海上交流电网电压为额定值；海上风电机组逐台并网，并网容量达到额定容量的接近或为一半时暂停并网；受端负极MMC换流器逐渐降低负极直流母线电压，使送端负极二极管换流器导通；通过受端负极MMC换流器调节负极直流母线电压，使正极与负极换流器分别承担风电场输出功率的一半；剩余未并网的海上风电机组继续并网，送端正极MMC换流器保持送端交流电网电压为额定值，受端负极MMC换流器通过调节负极直流母线电压，使风电场的输出功率在正负极之间平均分配；在风电机组全部并网后，系统启动过程结束；实现所述启动方法所采用的控制系统包括：送端正极MMC换流器控制系统，受端正极MMC换流器控制系统，受端负极MMC换流器控制系统；所述送端正极MMC换流器控制系统，采用送端交流电网电压控制外环、电流控制内环；所述受端正极MMC换流器控制系统，采用正极直流母线电压和无功功率控制外环、电流控制内环；所述受端负...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霄鹤，陈雨薇，戚海峰，陈晴，杨文斌，杨林刚，王克，夏冰清，殷贵，黄松阁，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：