新能源传输用混合直流输电系统及其控制方法技术方案

本申请提供一种新能源传输用混合直流输电系统及其控制方法，其特征在于，输电系统包括第一换流器和第二换流器，其中：第一换流器包括旁路开关

【技术实现步骤摘要】
新能源传输用混合直流输电系统及其控制方法


[0001]本申请涉及电力系统直流输电
，具体而言，涉及一种新能源传输用混合直流输电系统及其控制方法
。

技术介绍

[0002]新能源发电作为一种绿色能源，可以解决碳排放增加而导致的全球变暖问题，越来越受到各国政府重视及青睐
。
风力发电作为新能源发电的一种，包括海上风电和陆上风电：海上风电相对于陆上风电，具有不占用土地资源
、
风资源更稳定
、
利用小时更高等优势，已经成为中国和欧洲重点开发的可再生能源之一
。
[0003]目前，我国近海风电资源基本开发完毕，为获取更多的海上风能资源，海上风电场逐渐向深远海方向发展
。
但是当输送距离变长，风电交流输出方式会随着电能损耗
、
无功补偿难度和整体造价的提升而逐渐丧失性价比
。
因此，在远距离时，风电直流输电方式成为优选项
。
[0004]目前，普遍使用海上风电柔性直流输电的方案，柔性直流输电换流站在海上风电场进行应用时，通常建立在海上平台
。
整个海上平台一般包括主要设备空间和运行人员工作区域，且在现有的海上柔性直流输电拓扑方案中，通常采用的是将基于模块化多电平换流阀拓扑方案，但是海上平台造价大：柔直模块化多电平换流阀是柔性直流输电中的主要设备，相对来说造价和重量均较高
。
因此，如何降低换流阀的重量和体积，降低海上平台的重量和体积，降低海上换流阀和平台的造价，推进海上风电平价上网是亟待解决的问题
。
[0005]西门子公司提出海上站采用不控二极管整流单元，陆上站采用模块化多电平换流器的海上风电直流送出方案来降低远海风电送出系统的成本
。
此方案具备体积小
、
成本低等优势
。
但是，仅利用二极管送出海上风电方案存在以下几个问题：
1)
需要风电场有效控制海上交流电网的电压与频率；
2)
需要配置储能电源
、
柴油发电机
、
交流海缆等设备以提供风电场启动过程的能量；
3)
需要解决无功补偿以及谐波问题
。
[0006]因而，需要提出一种新能源传输用混合直流输电系统及其控制方法，能够有效解决海上柔性直流输电平台造价高，风机黑启动以及无功功率
、
谐波补偿的问题，促进大容量远距离海上风电输送技术的发展
。
[0007]在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息
。

技术实现思路

[0008]本申请旨在提供一种新能源传输用混合直流输电系统及其控制方法，减少海上平台重量
、
体积和造价，可靠实现新能源或电网接入
。
[0009]根据本申请的第一方面，提出一种新能源传输用混合直流输电系统，所述输电系统包括第一换流器和第二换流器，其中：
[0010]所述第一换流器包括旁路开关
、
晶闸管换流阀和第一模块化多电平换流阀，其中，
所述晶闸管换流阀的直流侧和所述第一模块化多电平换流阀的直流侧串联，所述旁路开关与所述晶闸管换流阀并联；所述晶闸管换流阀的交流侧串联第一变压器，所述第一模块化多电平换流阀的交流侧串联第二变压器；
[0011]所述第二换流器包括第二模块化多电平换流阀，所述第二模块化多电平换流阀包括第一全桥子模块，或者所述第一全桥子模块和第一半桥子模块；所述第二换流器的交流侧与第三变压器串联；
[0012]所述第一换流器的直流侧和所述第二换流器的直流侧串联连接
。
[0013]根据一些实施例，所述晶闸管换流阀包括
N
个串联连接的6脉桥式换流器，
N
为大于等于1的整数
。
[0014]根据一些实施例，所述
N
个串联连接的6脉桥式换流器分别与所述旁路开关并联
。
[0015]根据一些实施例，所述晶闸管换流阀采用晶闸管半控型器件或者具有可关断晶闸管特性的
IGCT
器件
。
[0016]根据一些实施例，所述旁路开关为断路器
、
转换开关或电力电子开关
。
[0017]根据一些实施例，所述第一模块化多电平换流阀包括第二半桥子模块，或者所述第二半桥子模块和第二全桥子模块
。
[0018]根据一些实施例，所述
N
个6脉桥式换流器的交流侧分别与对应的
N
个变压器串联；
[0019]所述
N
个6脉桥式换流器的直流侧和所述第一模块化多电平换流阀的直流侧串联，构成直流支路；
[0020]所述直流支路与所述第二换流器的直流侧串联
。
[0021]根据一些实施例，所述第一换流器的直流侧和所述第二换流器的直流侧串联连接包括通过直流线路
、
直流电缆或者直接背靠背直接相连
。
[0022]根据一些实施例，所述第一模块化多电平换流阀的所述第二全桥子模块和所述第二模块化多电平换流阀的所述第一全桥子模块包括可关断的全桥型功率半导体以及储能电容，输出正电平
、
负电平和零电平；
[0023]所述第一半桥子模块和所述第二半桥子模块包括可关断的全控型功率半导体以及储能电容，输出正电平和零电平
。
[0024]根据一些实施例，所述第一换流器还包括交流滤波器，为所述晶闸管换流阀提供无功功率补偿
。
[0025]根据本申请的第二专利技术，提出一种控制如第一方面中任一项所述的新能源传输用混合直流输电系统的方法，所述方法包括：
[0026]闭合所述旁路开关；
[0027]解锁所述第二换流器，建立直流电压；
[0028]响应于所述直流电压建立，解锁所述第一模块化多电平换流阀，建立交流电压；
[0029]控制与所述晶闸管换流阀串联的变压器带电，负压解锁所述晶闸管换流阀；
[0030]响应于所述晶闸管换流阀解锁，断开所述旁路开关；
[0031]所述晶闸管换流阀抬升所述直流电压，所述第二换流器中减少所述全桥子模块负压的数量，维持所述直流电压稳定
。
[0032]根据一些实施例，还包括：
[0033]检测所述输电系统中的一次设备和二次设备；
[0034]所述一次设备包括所述第一换流器
、
所述第二换流器和所述变压器；
[0035]所述二次设备包括用于解锁所述晶闸管换流阀
、
所述第一模块化多电平换流阀的控制设备
、
解锁所述第二模块化多电平换流阀的控制设备
。
[0036]根据一些实施例，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种新能源传输用混合直流输电系统，其特征在于，所述输电系统包括第一换流器和第二换流器，其中：所述第一换流器包括旁路开关
、
晶闸管换流阀和第一模块化多电平换流阀，其中，所述晶闸管换流阀的直流侧和所述第一模块化多电平换流阀的直流侧串联，所述旁路开关与所述晶闸管换流阀并联；所述晶闸管换流阀的交流侧串联第一变压器，所述第一模块化多电平换流阀的交流侧串联第二变压器；所述第二换流器包括第二模块化多电平换流阀，所述第二模块化多电平换流阀包括第一全桥子模块，或者所述第一全桥子模块和第一半桥子模块；所述第二换流器的交流侧与第三变压器串联；所述第一换流器的直流侧和所述第二换流器的直流侧串联连接
。2.
如权利要求1所述的输电系统，其特征在于，所述晶闸管换流阀包括
N
个串联连接的6脉桥式换流器，
N
为大于等于1的整数
。3.
如权利要求2所述的输电系统，其特征在于，所述
N
个串联连接的6脉桥式换流器分别与所述旁路开关并联
。4.
如权利要求1所述的输电系统，其特征在于，所述晶闸管换流阀采用晶闸管半控型器件或者具有可关断晶闸管特性的
IGCT
器件
。5.
如权利要求1所述的输电系统，其特征在于，所述旁路开关为断路器
、
转换开关或电力电子开关
。6.
如权利要求1所述的输电系统，其特征在于，所述第一模块化多电平换流阀包括第二半桥子模块，或者所述第二半桥子模块和第二全桥子模块
。7.
如权利要求2所述的输电系统，其特征在于，所述
N
个6脉桥式换流器的交流侧分别与对应的
N
个变压器串联；所述
N
个6脉桥式换流器的直流侧和所述第一模块化多电平换流阀的直流侧串联，构成直流支路；所述直流支路与所述第二换流器的直流侧串联
。8.
如权利要求1所述的输电系统，其特征在于，所述第一换流器的直流侧和所述第二换流器的直流侧串联连接包括通过直流线路
、
直流电缆或者直接背靠背直接相连
。9.
如权利要求6所述的输电系统，其特征在于，所述第一模块化多电平换流阀的所述第二全桥子模块和所述第二模块化多电平换流阀的所述第一全桥子模块包括可关断的全桥型功率半导体以及储能电容，输出正电平
、
负电平和零电平；所述第一半桥子模块和所述第二半桥子模块包括可关断的全控型功率半导体以及储能电容，输出正电平和零电平
。10.
如权利要求1所述的输电系统，其特征在于，所述第一换流器还包括交流滤波器，为所述晶闸管换流阀提供无功功率补偿
。11.
一种控制如权利要求1‑
10
任一项所述的新能源传输用混合直流输电系统的方法，其特征在于，所述方法包括：闭合所述旁路开关；解锁所述第二换流器，建立直流电压；响应于所述直流电压建立，解锁所述第一模块化多电平换流阀，建立交流电压；
控制与所述晶闸管换流阀串联的变压器带电，负压解锁所述晶闸管换流阀；响应于所述晶闸管换流阀解锁，断开所述旁路开关；所述晶闸管换流阀抬升所述直流电压，所述第二换流器中减少所述全桥子模块负压的数量，维持所述直流电压稳定
。12.
如权利要求
11
所述的方法，其特征在于，还包括：检测所述输电系统中的一次设备和二次设备；所述一次设备包括所述第一换流器
、
所述第二换流器和所述变压器；所述二次设备包括用于解锁所述晶闸管换流阀
、
所述第一模块化多电平换流阀的控制设备
、
解锁所述第二模块化多电平换流阀的控制设备
。13.
如权利要求
11
所述的方法，其特征在于，所述解锁所述第二换流器，建立直流电压包括：闭合与所述第二换流器串联连接的变压器的开关，用于所述第一模块化多电平换流阀和所述第二模块化多电平换流阀充电；响应于所述第一模块化多电平换流阀和所述第二模块化多电平换流阀充电完成，以直流电压控制模式解锁所述第二模块化多电平换流阀；控制所述第二模块化多电平换流阀建立与所述第一模块化多电平阀匹配的直流电压
。14.
如权利要求
11
所述的方法，其特征在于，所述响应于直流电压建立，解锁所述第一模块化多电平换流阀，建立交流电压包括：闭合与所述第一模块化多电平换流阀串联的变压器的开关；以孤岛控制模式解锁所述第一模块化多电平换流器阀
。15.
如权利要求
11
所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钢，殷子寒，邹凯凯，李海英，田杰，卢宇，董云龙，邹强，杨志强，鲁江，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司常州博瑞电力自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：