一机一储式海上风电制氢直流并网系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种一机一储式海上风电制氢直流并网系统及控制方法，利用风电机组的机侧换流器和网侧换流器之间的直流母线为制氢系统提供直流供电电源，形成一机一储式海上风电制氢直流并网系统；通过风电机组机侧换流器、网侧换流器、柔性直流送出系统换流器的协同控制，实现海上风电制氢直流并网系统的高效稳定运行；本发明专利技术能够有效解决大规模海上风电制氢交流送出系统输送距离受限的问题，具有良好的应用前景。好的应用前景。好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一机一储式海上风电制氢直流并网系统及控制方法


[0001]本专利技术属于新能源发电
，具体涉及一种一机一储式海上风电制氢直流并网系统及控制方法。

技术介绍

[0002]目前，我国海上风电的建设正在如火如荼地进行中。随着海上风电的大规模开发，近海海上风电的建设已经趋于饱和，海上风电正在走向深远海。随着输电距离的增加，与传统的海上风电交流送出方式相比，采用柔性高压直流输电技术是一种更加经济有效的输电方案。然而，由于海上风电具有随机性和波动性，大规模海上风电柔性直流送出系统直接接入陆上电网会对电网的稳定性产生不利影响。
[0003]氢能具有高能量密度、可储存运输、高转化效率、适用范围广和环保无污染等特点，是大规模转化剩余可再生能源电力的优选方式之一。海上风电制氢既可以利用氢能储存电能以平抑海上风电输出的波动性，还可以利用海上风电较低的度电成本提高电解制氢的收益。在远距离海上风电场配套建设一定量的制氢设备，就地消纳一部分海上风电出力，还能够优化直流送出系统的建设容量，是未来远距离海上风电的发展趋势。
[0004]已有研究提出了海上风电机组与制氢系统的连接方法与控制策略，但针对的都是海上风电制氢系统接入交流送出系统，交流送出系统因交流海缆充电功率而导致的海缆有功功率送出能力受限，无法适用于远距离海上风电场的应用场景。而如何实现海上风电制氢系统与直流送出系统的协调控制，从而既能够保证海上风电制氢系统的稳定运行，又不会对直流送出系统及陆上电网的稳定性产生不利影响，是目前存在的难点问题。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术的目的是为了克服大规模海上风电制氢交流送出系统输送距离受限的问题，提供一种一机一储式海上风电制氢直流并网系统和控制方法，利用风电机组的机侧换流器和网侧换流器之间的直流母线为制氢系统提供直流供电电源，形成一机一储式海上风电制氢系统；通过风电机组机侧换流器、网侧换流器、柔性直流送出系统换流器的协同，实现一机一储式海上风电制氢并网系统的高效稳定运行。
[0006]为了实现上述专利技术目的，根据本专利技术的第一个方面，采取如下技术方案：
[0007]一种一机一储式海上风电制氢直流并网系统，其特征在于，包括：风力发电机、风机机侧换流器、风机直流母线、风机网侧换流器、风机升压变压器、海水电解槽、储氢罐、海上换流变压器、海上MMC换流器、高压直流送出海缆、陆上MMC换流器、陆上换流变压器、陆上交流电网；
[0008]所述风力发电机经过风机机侧换流器接入风机直流母线，风机直流母线经过风机网侧变压器和风机升压变压器接入海上交流电网；
[0009]所述储氢罐与海水电解槽相连，海水电解槽接入风机直流母线；
[0010]所述海上交流电网通过海上换流变压器与海上MMC换流器相连，整流为直流电压
后利用高压直流海缆送出，送至陆上后通过陆上MMC换流器逆变为三相交流电压，再通过陆上换流变压器与陆上交流电网的电压等级相匹配后，接入陆上交流电网；
[0011]为了实现上述专利技术目的，根据本专利技术的第二个方面，采取如下技术方案：
[0012]一种一机一储式海上风电制氢直流并网系统控制方法，其特征在于：
[0013]所述风机机侧换流器，采用定有功和无功功率控制策略，在正常运行阶段，其有功功率指令根据最大功率点跟踪指令给定，在风电场限功率运行阶段，其有功功率指令根据上层调度指令直接给定；
[0014]所述风机网侧换流器，采用直流母线电压控制和无功功率控制外环、电流控制内环，控制目标为通过控制风机直流母线电压调节海水电解槽制氢功率，直流母线电压参考值根据以下方法进行给定：根据上层调度指令确定制氢系统有功功率参考值，再根据海水电解槽有功功率
‑
直流电压特性曲线，确定直流母线电压参考值；
[0015]所述海上MMC换流器，采用交流电压控制外环、电流控制内环，控制目标为维持海上交流电网电压稳定。
[0016]所述陆上MMC换流器，采用直流母线电压和无功功率控制外环、电流控制内环，控制目标为维持直流升压站高压侧直流电压稳定。
[0017]进一步地，所述风机网侧换流器所采用的控制系统包括：功率指令计算模块、电压参考值计算模块、锁相环模块、Park变换模块、直流母线电压及无功功率外环控制器、电流内环控制器、Park反变换模块、调制模块；其中，功率指令计算模块根据以下方法计算功率参考指令P
gref
：
[0018][0019]其中，P
max
为海水电解槽最大有功功率，P
wind
为风电场输出功率，S为储氢罐当前压力，S
th
为储氢罐安全限额压力，S
max
为储氢罐允许最大压力。
[0020]进一步地，所述风机机侧换流器采用的控制系统包括：上层有功调度指令模块、最大功率点跟踪计算模块、转子位置观测器、Park变换模块、功率外环控制器、电流内环控制器、Park反变换模块、调制模块；当风电场制氢系统正常运行时，机侧换流器的有功功率参考值根据最大功率点跟踪计算模块的输出给定；当制氢系统暂停或低载运行时，风机机侧换流器工作于限功率模式，此时有功功率参考值的计算方法如下：
[0021][0022]其中，P
outmax
为海上MMC换流器最大送出有功功率，P
b
为制氢系统消耗有功功率，n为风电场并网风机台数。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]通过采用本专利技术一机一储式海上风电制氢直流并网系统拓扑结构，及风电机组机
侧换流器、网侧换流器、柔性直流送出系统换流器的协同控制策略，能够实现海上风电制氢直流并网系统的高效稳定运行；本专利技术能够有效解决大规模海上风电制氢交流送出系统输送距离受限的问题，具有良好的应用前景。
附图说明
[0025]图1为本专利技术一机一储式海上风电制氢直流并网系统实施例的拓扑图。
[0026]图2为本专利技术中MMC换流器的一个典型拓扑图。
[0027]图3为本专利技术中风机机侧换流器控制方法的一个具体示例系统原理图。
[0028]图4为本专利技术中风机网侧换流器控制方法的一个具体示例系统原理图。
[0029]图5为本专利技术中陆上MMC换流器控制方法的一个具体示例系统原理图。
[0030]图6为本专利技术中海上MMC换流器控制方法的一个具体示例系统原理图。
[0031]图1中，1
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风力发电机、2
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风机机侧换流器、3
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风机直流母线、4
‑
风机网侧换流器、5
‑
风机升压变压器、6
‑
海水电解槽、7
‑
储氢罐、8
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海上换流变压器、9
‑
海上MMC换流器、10
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高压直流送出海缆、11
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陆上MMC换流器、12
‑
陆上换流变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一机一储式海上风电制氢直流并网系统，其特征在于，包括：风力发电机、风机机侧换流器、风机直流母线、风机网侧换流器、风机升压变压器、海水电解槽、储氢罐、海上换流变压器、海上MMC换流器、高压直流送出海缆、陆上MMC换流器、陆上换流变压器、陆上交流电网；所述风力发电机经过风机机侧换流器接入风机直流母线，风机直流母线经过风机网侧变压器和风机升压变压器接入海上交流电网；所述储氢罐与海水电解槽相连，海水电解槽接入风机直流母线；所述海上交流电网通过海上换流变压器与海上MMC换流器相连，整流为直流电压后利用高压直流海缆送出，送至陆上后通过陆上MMC换流器逆变为三相交流电压，再通过陆上换流变压器与陆上交流电网的电压等级相匹配后，接入陆上交流电网。2.权利要求1所述的一机一储式海上风电制氢直流并网系统的控制方法，其特征在于：所述风机机侧换流器，采用定有功和无功功率控制策略，在正常运行阶段，其有功功率指令根据最大功率点跟踪指令给定，在风电场限功率运行阶段，其有功功率指令根据上层调度指令直接给定；所述风机网侧换流器，采用直流母线电压控制和无功功率控制外环、电流控制内环，控制目标为通过控制风机直流母线电压调节海水电解槽制氢功率，直流母线电压参考值根据以下方法进行给定：根据上层调度指令确定制氢系统有功功率参考值，再根据海水电解槽有功功率
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直流电压特性曲线，确定直流母线电压参考值；所述海上MMC换流器，采用交流电压控制外环、电流控制内环，控制目标为维持海上交流电网电压稳定。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霄鹤，戚海峰，陈玮，杨林刚，谢瑞，陈雨薇，夏冰清，林斌，徐晗，
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：